Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreiselkompressor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solcher Kompressor dient insbesondere zum Transport von Erdgas in Ferngasleitungen. Die Dichtungsbaugruppen in seinem Gehäuse verhindern das Austreten von Erdgas. Das Dichtungsöl im Behälter gewährleistet die Versorgung der Dichtungsbaugruppen im Störungsfall, beispielsweise für den Zeitraum vom Ausfall der Hochdruckölversorgung infolge eines Notstopps einer Hochdruck-\lpumpe bis zum vollständigen Stillstand des Kompressors.
Der Stand der Technik ist heutzutage weltweit infolge der wachsenden Produktion von Kompressoren in der Turbokompressoren-Industrie durch die Reduzierung des Gewichts der Kompressoren, die Herabsetzung des Herstellungsaufwandes und der Steigerung der Betriebszuverlässigkeit geprägt.
Bei einem aus dem Industriezweigkatalog "Kreiselkompressoren und Turbinen für deren Antrieb" 12-82, Seite 116, Abb. 138 bekannten Kreiselkompressor ist der Dichtungsöl-Behälter auf einem an der Wand des Maschinenraums befestigten Sockel angeordnet und über Hydraulikleitungen mit den im Gehäuse des Kompressors untergebrachten Dichtungsbaugruppen verbunden. Die als Rohrleitungen ausgebildeten Hydraulikleitungen sind mittels Flanschen mit dem Kompressorgehäuse sowie dem Behälter verbunden. Eine solche Anordnung wird üblicherweise für Kompressoren mit verhältnismässig kleinen Gehäuseabmessungen bzw. für solche Gehäuse gewählt, die eine waagerechte Trennfuge aufweisen.
Der Materialaufwand solcher Kompressoren an Metall ist verhältnismässig hoch, erstens infolge der Verwendung eines Spezialsockels für den Behälter und zweitens infolge der verhältnismässig grossen Länge der Rohrleitungen, welche den Behälter mit den Dichtungsbaugruppen verbinden.
Die Hydraulikleitungen weisen bei dieser Kompressorbauart einen erhöhten Strömungswiderstand infolge der vergrösserten Länge auf und fordern den Einsatz von \llpumpen höherer Leistung.
Ausserdem kompliziert die Ausführung der Hydraulikleitung als Rohrleitungen mit Flanschen das Dichtungssystem des Kompressors und beeinträchtigt die Betriebszuverlässigkeit dieses Systems, da hydraulische Schläge, Kavitation und Rohrleitungsschwingungen, die von Resonanzerscheinungen gefolgt sein können, die Wahrscheinlichkeit einer Störung der Dichtheit der Flanschverbindungen und der plötzlichen Rohrleitungsbrüche steigern, und somit die Betriebszuverlässigkeit des Kompressors beeinflussen. Gegenwärtig werden solche Kompressorbauarten üblicherweise nicht verwendet infolge ihrer unzulänglichen technisch-wirtschaftlichen Kennwerte.
Es ist eine Kreiselkompressorbauart mit einem Behälter für das Dichtungsöl bekannt, die zurzeit weitläufig von vielen Turbomaschinenbaufirmen, beispielsweise Dresser-Rand, USA, Cooper Industries, USA, CKD Praha und andere, verwendet wird (Nuovo Pignone, JT, "Centrifugal Compressors for Pipeline Service" Seite 5, 7).
Die gegenständliche Bauart enthält das Kompressorgehäuse mit Ein- und Austrittsstutzen für das Arbeitsmedium, einen Behälter für das Dichtungsöl, der auf dem Kompressorgehäuse angeordnet ist, zwei Dichtungsbaugruppen, die im Kompressorgehäuse untergebracht sind, und Hydraulikleitungen, welche den Behälter mit den Dichtungsbaugruppen verbinden.
Das Kompressorgehäuse stellt einen Zylinder mit tangential angeordneten Stutzen dar.
Auf einem Teil des Kompressorgehäuses sind zwischen den Stutzen Angüsse ausgeführt, auf denen der Behälter mit dem \l mit seinen Füssen angeordnet ist.
Der Behälter ist als Zylinder in Schweissbauart mit halbsphärischen Stirnflächen ausgeführt. Im Oberteil des Behälters ist mindestens ein Absperrventil angeordnet, das über eine Rohrleitung mit dem Kompressorsaugraum in Verbindung steht.
Die den Behälter mit den Dichtungsbaugruppen verbindende Hydraulikleitungen stellen Rohrleitungen dar, die auf der Aussenseite des Gehäuses angeordnet und durch Flanschen mit dem Kompressorgehäuse und dem Behälter verbunden sind.
Vor dem Anlassen des Kompressors wird der Behälter mittels einer Hochdruck-\lpumpe mit \l gefüllt. Hierbei wird das Arbeitsmedium, beispielsweise Gas, über das besagte Ventil aus dem Behälter verdrängt. Nachdem der Behälter mit \l gefüllt ist, wird dieses Ventil geschlossen.
Bei normalem stationären Betriebszustand des Kompressors gestattet es der Staudruck im \lraum der Dichtungsbaugruppen, der von der Hochdruck-\lpumpe erzeugt wird, dem \l nicht aus dem \lbehälter abzufliessen. Hierbei wird im \lraum jeder der Dichtungsbaugruppen ein Arbeitsöldruck aufrechterhalten, der über dem Druck des Arbeitsmediums liegt. Die Differenz dieser Drücke (Druckdifferenz "\l-Gas") liegt üblicherweise in den Grenzen 0,1 bis 0,3 MPa.
Beim Betrieb des Kompressors können Störungen auftreten, wenn die Druckdifferenz "\l-Gas" verschwindet, beispielsweise beim Stillstand der Hochdruck-\lpumpe bzw. beim Ausfall der Dichtungsbaugruppe oder bei der Zerstörung einer der Reibungsflächen dieser Baugruppe. Eine solche Zerstörung kann beim Eindringen mechanischer Fremdkörper in den Reibungsbereich, infolge dynamischer Beanspruchungen bzw. aus anderen Gründen erfolgen.
Beim Absinken der Druckdifferenz "\l-Gas" unter einen vorgegebenen Wert wird eine Reserve-Hochdruck-\lpumpe eingeschaltet. Wenn diese hierbei die Arbeitsdruckdifferenz "\l-Gas" nicht gewährleistet, wird ein Signal zum Notstillsetzen des Kompressors erzeugt und das \l aus dem Behälter strömt in die Dichtungsbaugruppen zur Gewährleistung ihrer Arbeitsfähigkeit während der Stillsetzung des Kompressors.
Da der Zeitabschnitt vom Augenblick der Erzeugung des Signals zum Stillsetzen des Kompressors bis zum vollständigen Stillstand des Kompressors verhältnismässig gross ist und gemäss Betriebserfahrungen 5 bis 10 Minuten beträgt, ist die Forderung der Betriebszuverlässigkeit des Kompressors während dieser Periode wichtig.
Diese Bauart ist ebenso wie die vorige verhältnismässig aufwendig infolge der Angüsse am Gehäuse des Kompressors und des Sockels für den Behälter sowie infolge Ausführung der Hydraulikleitungen als Rohrleitungen mit Flanschen.
Ausserdem entstehen während des Betriebs eines solchen Kompressors in den Wandungen des Kompressorgehäuses übermässige Spannungen, die vom Innendruck des Arbeitsmediums verursacht werden. Hierbei sind in den Bereichen der Anordnung der Stutzen die durch den Innendruck des Arbeitsmediums verursachten Spannungen kleiner als im zylindrischen Teil der Wandung des Kompressorgehäuses zwischen den Stutzen.
Die vergrösserten Spannungen bedingen die Notwendigkeit einer Verstärkung des zylindrischen Teils der Wandung, was zu einer Vergrösserung der Metallaufwendigkeit der Bauart führt.
Ausserdem beeinträchtigt die Ausführung der Hydraulikleitungen als Rohrleitungen mit Flanschen die Betriebszuverlässigkeit des Kompressors.
Bei der Beschädigung einer der Dichtungsbaugruppe fliesst das von der Hochdruck-\lpumpe in das Dichtungssystem geförderte \l über die fehlerhafte Baugruppe zum Durchströmteil des Kompressors ab, wodurch die Druckdifferenz "\l-Gas" abzunehmen beginnt. Hierbei wird ein Signal zum Notstillsetzen des Kompressors erzeugt, und für den Zeitabschnitt von der Erzeugung des Signals zum Stillsetzen des Kompressors bis zu seinem vollständigen Stillstand wird die Reserveölpumpe eingeschaltet, um die Druckdifferenz "\l-Gas" aufrechtzuerhalten.
Da aber das \l über die fehlerhafte Baugruppe abfliesst, gewährleistet selbst die gemeinsame Arbeit der Haupt- und der Reserveölpumpe die Aufrechterhaltung der Druckdifferrenz "\l-Gas" nicht und üblicherweise fliesst das gesamte \l aus dem Behälter ebenfalls über die fehlerhafte Baugruppe zum Durchströmteil des Kompressors eher ab als der vollständige Stillstand des Kompressors erfolgt, wobei die \lversorgung der intakten Dichtungsbaugruppe gestört wird.
Somit fliesst infolge Zusammenarbeit der Haupt- und der Reserveölpumpe während des Zeitabschnitts ab der Erzeugung des Signals zum Stillsetzen des Kompressors bis zu seinem vollständigen Stillstand eine grosse \lmenge zum Durchströmteil des Kompressors ab, wodurch seine Betriebszuverlässigkeit vermindert wird.
Ausserdem kann bei ähnlichen Stillständen des Kompressors infolge der Störung der \lversorgung der intakten Dichtungsbaugrugpe auch diese intakte Baugruppe ausfallen, was ebenfalls die Betriebszuverlässigkeit des Kompressors herabsetzt.
Ausserdem ist die Geschwindigkeit der Änderung der \lstandhöhe im Behälter bei seinem Auffüllen und Entleeren variabel, was sich negativ auf die Funktion der Ventileinrichtung des Behälters auswirkt und in dieser Einrichtung solche Erscheinungen wie Vibrationen, Klemmen, verspätetes \ffnen bzw. Schliessen verursacht, wodurch die Zuverlässigkeit des Kompressors noch weiter herabgesetzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kreiselkompressor mit einem Behälter für Dichtungsöl zu schaffen, bei dem der Behälter derart mit dem Gehäuse des Kompressors verbunden ist, dass er einen Teil der auf das Gehäuse durch das Arbeitsmedium einwirkenden Belastungen aufnimmt, so dass sich die zulässige Dicke der Wand des Kompressorgehäuses vermindern und damit Material, insbesondere Metall, einsparen lässt.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungemässe Ausführung, bei der der Behälter mit dem Gehäuse eine Einheit bildet, ermöglicht die Einbeziehung der Behälterwandungen in das Bemessungsschema, um den Zustand des durch Spannungen verformbaren Kompressorgehäuses zu berücksichtigen, der durch die Wirkung des Innendruckes des Arbeitsmediums hervorgerufen wird. Hierbei führt eine derartige Ausführung zur Vergrösserung der Widerstandsmomente der beanspruchten Schnitte, so dass sich die Dicke der Gehäusewand und damit der Aufwand an Material praktisch bei gleichen Spannungen in der Gehäusewand des Kompressors reduzieren lässt.
Die für den Behälter und das Kompressorgehäuse gemeinsame Wand ermöglicht eine Vergrösserung des Widerstandsmomentes der Schnitte an den Verbindungsstellen des Behälters und des Kompressorgehäuses, so dass sich die Möglichkeit ergibt, die in diesen Schnitten wirksamen Biegemomente zu reduzieren. Als Ergebnis sind die von den einwirkenden Kräften verursachten Spannungen in der Gehäusewand des Kompressors kleiner, so dass eine weitere Verringerung der Wanddicke und damit des Materialaufwandes möglich ist.
Da die gemeinsame Wand eine Belastung aufnimmt, die der Druckdifferenz zwischen \l und Gas gleich ist, lässt sich diese Wand mit einer geringeren Dicke ausführen als der andere Teil der Wand des Kompressorgehäuses, so dass sich der Materialaufwand noch weiter verringern lässt.
Ferner entfallen bei der erfindungsgemässen Ausführung die sonst erforderlichen Angüsse am Kompressorgehäuse sowie der zur Aufnahme des Behälters erforderliche Sockel, so dass sich auch dafür notwendiges Material einsparen lässt.
Eine Ausführungsform nach Anspruch 2 ermöglicht eine getrennte \lversorgung jeder der Dichtungsbaugruppen. Bei einer Störung an einer der Dichtungsbaugruppen kann deshalb während des Zeitraumes von der Erzeugung eines Stoppsignals bis zum vollständigen Stillstand des Kompressors das aus dem jeweiligen Raum des Behälters strömende \l in der intakten Dichtungsbaugruppe den für den normalen Betrieb dieser Baugruppe erforderlichen Druck aufrechterhalten. Dadurch ist eine Beschädigung der intakten Baugruppe ausgeschlossen und die Betriebssicherheit weiter erhöht.
Da die getrennte \lversorgung das Abschalten der Haupt- und der Reserve-Hochdruckölpumpe gleichzeitig mit der Erzeugung des Stoppsignals ermöglicht, lässt sich ein grosser \lverlust zum Durchströmteil des Kompressors vermeiden und damit die Betriebssicherheit noch weiter erhöhen.
Durch eine Ausführungsform nach Anspruch 3 sind sonst erforderliche Rohrleitungen mit Flanschen überflüssig. Daraus ergibt sich erstens eine weitere Einsparung an Material und zweitens eine weitere Erhöhung der Betriebssicherheit durch den Ausschluss von Brüchen an Hydraulikleitungen, die sonst durch dynamische Einwirkungen infolge von hydraulischen Schlägen, von Kavitation, Schwingungen oder Resonanzerscheinungen auftreten können.
Bei einer Ausführung nach Anspruch 3 wird die Änderungsgeschwindigkeit der \lstandshöhe beim Auffüllen und Entleeren des Behälters konstant bleiben. Dadurch ist das Entstehen dynamischer Vorgänge ausgeschlossen, welche die Betriebssicherheit der Ventilanordnung im Behälter sonst negativ beeinflussen könnten. Die Folge ist eine weitere Erhöhung der Betriebssicherheit des Kompressors.
Anhand der rein schematischen Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Kompressor mit einem Dichtungsölbehälter,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, und
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2.
Der Kreiselkompressor gemäss Fig. 1 weist ein als Zylinder ausgebildetes Gehäuse 1 mit einem Eintrittsstutzen 2 und einem Austrittsstutzen 3 für das Arbeitsmedium auf.
Ein auf dem Gehäuse 1 zwischen den Stutzen 2 und 3 angeordneter Behälter 4 für Dichtungsöl bildet mit dem Gehäuse 1 eine aus Guss bestehende Einheit und weist mit dem Gehäuse 1 eine gemeinsame Wand 5 auf.
Es sind auch andere Ausführungsvarianten des Kompressorgehäuses 1 als ein Ganzes mit dem Behälter 4 möglich, beispielsweise kann der Behälter 4 gesondert hergestellt und hiernach mit dem Kompressorgehäuse 1 zusammengeschweisst werden.
Der Behälter 4 weist eine konstante Fläche des Waagerechtschnitts über die gesamte Behälterhöhe auf und ist als Zylinder ausgeführt, dessen Grundfläche von der für das Kompressorgehäuse 1 und den Behälter 4 gemeinsamen Wand 5 gebildet ist. Es sind auch andere Ausführungsformen des Behälters 4 möglich, beispielsweise mit einer im waagerechten Schnitt rechteckigen bzw. elliptischen Form.
Der Behälter 4 ist von oben durch einen Deckel 6 verschlossen, der ein Absperrventil 7 trägt. Er ist durch eine senkrechte Trennwand 8 (Fig. 2), die an der gemeinsamen Wand 5 befestigt ist, in zwei über Hydraulikleitungen 11 mit Dichtungsbaugruppen 12, 13 (Fig. 3) verbundene Räume 9 und 10 unterteilt, wobei die Dichtungsbaugruppen 12 und 13 im Kompressorgehäuse untergebracht sind. Der Rauminhalt eines jeden Raumes wird von dem \lvolumen bestimmt, das die erforderliche Betriebsdauer jeder der Dichtungsbaugruppen 12, 13 während des Zeitabschnitts gewährleistet, der zum Stillsetzen des Kompressors nach dem Erzeugen des Signals bis zu seinem Stillstand erforderlich ist.
Die Hydraulikleitungen 11 werden von Kanälen gebildet, die in der Wandung des Kompressorgehäuses ausgeführt sind.
Der Kompressor arbeitet folgendermassen:
Vor dem Anlassen des Kompressors wird der Behälter 4 mit Dichtungsöl mit Hilfe einer Hochdruck-\lpumpe (in den Figuren nicht dargestellt) gefüllt. Hierbei wird das in dem Behälter 4 befindliche Arbeitsmedium über das Absperrventil 7 aus dem Behälter 4 verdrängt. Da die Fläche der Waagerechtschnitte des Behälters 4 über seine Höhe konstant ist, wird auch die Geschwindigkeit der Änderung der \lstandhöhe im Behälter 4 beim Auffüllen und Entleeren konstant sein, was das Entstehen dynamischer Prozesse im Behälter 4 ausschliesst und folglich die Betriebszuverlässigkeit des Ventils 7 und also auch des Kompressors erhöht. Bei stationärem Betriebszustand des Kompressors gestattet es der von der \lpumpe erzeugte Staudruck nicht, dass \l aus dem \lbehälter 4 abfliesst.
Hierbei wird in den \lräumen (nicht dargestellt) der Dichtungsbaugruppen 12, 13 (Fig. 3) die Arbeitsdruckdifferenz "\l-Gas" aufrechterhalten.
Während des Betriebes entstehen in der Wand des Kompressorgehäuses 1 (Fig. 1) erhöhte, vom Innendruck des Arbeitsmediums verursachte Spannungen.
Die Ausführung des Behälters 4 als ein Ganzes mit dem Kompressorgehäuse 1 führt zur Vergrösserung des Widerstandsmoments der beanspruchten Schnitte des Gehäuses 1, was ebenfalls die Möglichkeit gibt, bei zulässigen Spannungen in der Wand des Kompressorgehäuses 1 die Dicke dieser Wand zu vermindern. Die Bildung der gemeinsamen Wand 5 aus dem Behälter 4 und dem Gehäuse 1 des Kompressors gibt die Möglichkeit der Vergrösserung der Widerstandsmomente der Schnitte an den Verbindungsstellen des Behälters 4 und des Kompressorgehäuses 1 und ermöglicht die Herabsetzung der in diesen Schnitten wirksamen Biegemomente und somit eine weitere Reduzierung der Spannungen in der Wand des Kompressorgehäuses, die durch die wirksamen Kräfte hervorgerufen werden. Dies ermög licht eine weitere Reduzierung der Wanddicke.
Da die gemeinsame Wand 5 des Behälters 4 und des Kompressorgehäuses 1 nur von der Druckdifferenz "\l-Gas" beansprucht wird, die 1.0 MPa nicht überschreitet, kann die gemeinsame Wand 5 mit geringerer Dicke ausgeführt werden als der übrige Teil des Kompressorgehäuses 1.
Beim Betrieb des Kompressors sind Störungszustände möglich, wenn die Druckdifferenz "\l-Gas" unter den zulässigen Wert absinkt bzw. verschwindet.
Beim Absinken der Druckdifferenz "\l-Gas" unter den zulässigen Wert wird ein Signal zum Einschalten der Reserve-Hochdruckölpumpe (nicht dargestellt) erzeugt. Hierbei, falls das Einschalten der Reserveölpumpe die Arbeitsdruckdifferenz "\l-Gas" nicht gewährleistet, wird das Signal zum Stillsetzen des Kompressors erzeugt, und in die Dichtungsbaugruppen 12, 13 (Fig. 3) strömt über die Hydraulikleitungen 11 \l aus dem Behälter 4, um die normale \lversorgung in den Dichtungsbaugruppen 12 und 13 während des Zeitabschnitts ab Erzeugung des Signals zum Stillsetzen des Kompressors bis zu seinem vollständigen Stillstand zu gewährleisten. Hierbei strömt das \l aus dem Raum 9 des Behälters 4 in die Dichtungsbaugruppe 12, und aus dem Raum 10 strömt \l in die Dichtungsbaugruppe 13.
Beim Strömen des \ls aus dem Behälter 4 in die Dichtungsbaugruppen 12 und 13 über die Hydraulikleitungen 11 können dynamische Prozesse in Erscheinung treten, wie, beispielsweise, hydraulische Schläge, Kavitation, Schwingungen, Resonanerscheinungen u.dgl.m. Die Bildung der Hydraulikleitungen in Form von Kanälen, die in der Wand des Kompressorgehäuses 1 ausgeführt sind, schliesst die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs der Hydraulikleitungen aus, und macht auch die Verwendung von Rohrleitungen und Flanschverbindungen unnötig, was zu einer Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit des Kompressors führt.
Beim Ausfall einer der Dichtungsbaugruppen, beispielsweise der Baugrupge 12, wird gleichzeitig mit der Erzeugung des Signals zum Stillsetzen die Hochdruck-\lpumpe abgeschal tet, wobei das \l aus dem Raum 9 des Behälters 4 über die Hydraulikleitungen 11 und über die fehlerhafte Baugruppe 12 abfliesst, und in die Baugruppe 13 \l aus dem Raum 10 des Behälters 4 strömt. Da das \lvolumen im Raum 10 des Behälters 4 zur Gewährleistung der \lversorgung der intakten Dichtungsbaugruppe 13 ausreichend ist, werden während des Zeitabschnitts ab Erzeugung des Signals zum Stillsetzen des Kompressors bis zu seinem endgültigen Stillstand seine normalen Betriebsverhältnisse aufrechterhalten.
Somit wird bei der Havarie einer der Dichtungsbaugruppen, beispielsweise der Baugruppe 12, die Havarie der intakten Baugruppe 13 ausgeschlossen, d.h. die Betriebszuverlässigkeit des Kompressors wird erhöht.
Ausserdem gibt die getrennte \lversorgung jeder der Dichtungsbaugruppen 12 und 13 die Möglichkeit, gleichzeitig mit dem Erzeugen des Signals zum Stillsetzen des Kompressors die Haupt-Hochdruck-\lpumpe abzuschalten und die Reserveölpumpe nicht einzuschalten und somit das Ablassen grosser \lmengen zum Durchströmteil des Kompressors bei Havarienstillständen zu vermeiden, die mit einem Ausfall der Dichtungsbaugruppen zusammenhängen, und folglich die Betriebsverlässigkeit des Kompressors zu erhöhen.
Am erfolgreichsten kann die erfindungsgemässe Einrichtung bei der Schaffung eines Kompressors für die Erdgasbeförderung über Ferngasleitungen verwendet werden.