NO892607L - Sentrifugalmaskin med motsatt dreiende loepehjul og anvendelse av maskinen. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en sentrifugalmaskin ifølge kravinnledningen. Videre angår oppfinnelsen anvendelsen av slike sentrifugalmaskiner.

Sentrifugalmaskiner er kjente hvor det for eks. er koblet en aksialkompressor foran et radialt løpehjul. Patent-anmelding WO 86/0557 beskriver en slik pumpe/en slik kompres-sor for flerfasetransportmedier, hvor det er koblet en blande-innretning foran aksialkompressoren. En fast styreskovlkrans er anordnet umiddelbart etter aksialkompressorens første trinn og lagret umiddelbart foran de motsatt roterende skovlkranser. En slik konstruksjon opptar relativt stor plass og i tillegg har aksialkompressorer relativt høye spesifikke omdreinings-tall og frembringer i et stort omdreiningstallområde j som ligger gunstig for den ettersjaltede radialkompressor^bare en liten trykkforhøyelse. Det er altså nødvendig med et høyt antall trinn for å oppnå en tilstrekkelig trykkforhøyelse.

I læreboken "Die Kreiselpumpen fiir Fliissigkeiten und Gase", Carl Pfleiderer, s. 234, Springer-Verlag 1961, betegnes en radial flertrinns enhjulspumpe med faststående ledekranser som feilkonstruksjon. En slik konstruksjon er på grunn av de sterke spaltetap hverken egnet for transport av gasser, eller på grunn av den relativt høye inngangshastighet og den derav følgende forminskning av den størst mulige sugehøydey egnet for transport av vann (væske).

Det er oppfinnelsen oppgave å bygge en sentrifugalmaskin som ved kompakt konstruksjon oppviser en tilstrekkelig sugehøyde. En ytterligere oppgave for oppfinnelsen er det å tilveiebringe en sentrifugalmaskin som garanterer gode tran-sportytelser, spesielt også for transport av flerfaseblandinger, så som væske/gassblandinger. Ifølge oppfinnelsen er en slik sentrifugalmaskinkarakterisert vedkjennetegnene ifølge krav 1. Anvendelsen av slike sentrifugalmaskiner ifølge oppfinnelsen erkarakterisert vedkjennetegnene i krav 17. De avhengige krav omhandler spesielt fordelaktige utførelses-

Viktig informasjon

Av arkivmessige grunner har Patentstyret for denne allment tilgjengelige patentsøknad kun tilgjengelig dokumenter som inneholder håndskrevne anmerkninger, kommentarer eller overstrykninger, eller som kan være stemplet "Utgår" eller lignende. Vi har derfor måtte benytte disse dokumentene til skanning for å lage en elektronisk utgave.

Håndskrevne anmerkninger eller kommentarer har vært en del av saksbehandlingen, og skal ikke benyttes til å tolke innholdet i dokumentet.

Overstrykninger og stemplinger med "Utgår" e.l. indikerer at det under saksbehandlingen er kommet inn nyere dokumenter til erstatning for det tidligere dokumentet. Slik overstrykning eller stempling må ikke forstås slik at den aktuelle delen av dokumentet ikke gjelder.

Vennligst se bort fra håndskrevne anmerkninger, kommentarer eller overstrykninger, samt eventuelle stemplinger med "Utgår" e.l. som har samme betydning.

former og anvendelser av sentrifugalmaskinen.

Utformingen av sentrifugalmaskinen som radialkompressor ifølge oppfinnelsen er i motsetning til oppfatningen i fagkretser ingen feilkonstruksjon, men utmerket egnet til for eks. transport og kompresjon av flerfase-transportmedier som for eks. væske/gassblandinger. I slike blandinger som også kan tillates å inneholde faste stoffer av en viss størrelse og mengde oppnås i førse rekke en utmerket gjennomblanding og kompresjon av de kompressible gassandeler. I motsetning til ved aksialkompressorer opptrer en adskillelse kun i liten grad ved riktig avstemning av deltrinnene. Anvendelsen av motsatt dreiende roterende løpehjul (flertrinns, motsatt dreiende tohjulskompressor, hhv. tohjuls radialkompressor) fører på grunn av de sterke endringer i de Coriolis-krefter som opptrer fra trinn til trinn, samt på grunn av ustasjonære strømninger til en i enda mer vesentlig grad forbedret gjennomblanding av transportmediet sammenlignet med en flertrinns enhjulspumpe, spesielt av flerfasefluid som for eks. væske/- gassblandinger. De ikkestasjonære forløp forbedrer spesielt ved overgang fra ett roterende system til et annet homogeniseringen av flerfasemediet. Skovllengden er konstruktivt bestemt av de tillatte energinivåforskjeller som opptrer i trykkgradientfeltet på grunn av den ulike oppførsel av de enkelte faser i blandingen. Det trangeste tverrsnitt i hver skovlkanal, hhv. tallet på skovler, bør velges slik at enhver strømning med overlydshastighet (overlydshastighet i transportmediet, hhv. i flerfasemediet) om mulig unngås.

Den foreslåtte konstruksjon ifølge oppfinnelsen kan tolkes som en følge av flere trinn, hvor det spesifikke om-dreiningstall tiltar fra trinn til trinn tilsvarende reduk-sjonen i gassvolumet.

Utførelsen av det siste trinn som roterende diffusor fører til en forminskning av transportmediets absolutte hastighet, idet strømningstverrsnitet øker i strømningsretningen, altså radialt utover.

Tapene i faststående diffusorer er ved f lerf asetran-sportmedier, spesielt ved væske/gassblandigner, relativt høye. Den roterende diffusor har betydelig lavere tap. Prinsipielt skal faststående deler unngås i soner med høyere trykkgra-dienter for å holde ytelelsestapene i senrifugalmaskinen lave. Virkningsgraden forbedrer seg dersom det ikke finnes stasjo-nære elementer i disse soner, idet energiutvekslinstapene mellom fasekomponentene dermed reduseres.

Dersom en maskin i større eller mindre grad har radialt utstrømmende transportvæske, forhøyes og forbedres virkningsgraden ytterligere for sentrifugalmaskinen, dvs. eksempelvis en flerfasepumpe ifølge oppfinnelsen, med omstyr-ingselementer, et såkalt omstyringsgitter. Ved den radiale utstrømning oppnås ved en gitt bredde på utgangskanalen den lavest mulige absolutte hastighet på væsken. Ved en slik utfø-relse gir man i høy grad avkall på en forhøyelse av total-trykket i det siste trinn til fordel for en lavest mulig ut-løpshastighet på transportvæsken.

Med sentrifugalmaskiner ifølge oppfinnelsen kan prinsipielt en væske/gassblanding med en variasjon i den prosentuelle sammensetning mellom 0% og 100% gass (volum%) transporteres, idet virkningsgraden alt etter sentrifugal-maskinens konstruksjon og blandingens sammensetning for eks. kan variere mellom 70% og 5%. Det må imidlertid i de ekstreme områder for drift av sentrifugalmaskiner (for eks. liten væskeandel i væske/gasstransportmedier) tas hensyn til på-virkningen på varigheten av de enkelte maskindeler. Inn-skrenkninger i driftsområdet oppstår dermed vanligvis på grunn av den krevede bestemte varighet på maskindeler. Det er fordelaktig å benytte en sentrifugalmaskin for væske/gass-blandinger med en gassandel (volum) i området fra ca. 20% tii ca. 60% (på sugerørsinngangen i det første trinn).

Med én enhet av en flertrinns, motsatt dreiende tohjulskompressor lar det seg uten videre oppnå en trykkfor-høyelse i området fra ca. 5 til 50 bar eller til og med mer.

Ved pumper med flere enheter vil det ofte, men ikke utelukkende, være mulig bare i den første enhet av en flertrinns, motsatt dreiende tohjulskompressor og for de følgende trinn å anvende konvensjonelle enheter.

Med utførelsen av skovlene som tandem- eller fler-skovler, noe som fremfor alt, men ikke bare for de første to trinn av en motsatt dreiende flertrinns tohjulskompressor kan være interessant, forbedres blandingen av fasene i fler-fasetransportmediet ytterligere. Slike trinn kan også oppvise såkalte mellomskovler, eksempelvis likeledes i tandem- eller flerskovlkonstruksj on.

Når det gjelder størrelsen, egner konstruksjonen ifølge oppfinnelsen seg for sentrifugalmaskiner med løpehjul-diametre i området fra ca. 100 mm til 1500 mm, fortrinnsvis i området fra 350 mm til 750 mm. Ved slike dimensjonerings-betraktninger må det tas hensyn til at omkretshastigheten om mulig bør ligge i området fra ca. 80 m/s til 350 m/s.

På grunnlag av de skjematiske tegninger forklares

eksempler på oppfinnelsen, samt enkeltheter av denne.

Fig. 1 viser en sentrifugalmaskin ifølge oppfinnelsen med motsatt dreiende løpehjul, med roterende indre hus og roterende diffusor; fig. 2 viser en sentrifugalmaskin ifølge oppfinnelsen med motsatt dreiende løpehjul og med roterende diffusor; fig. 3 viser ringrom og dispersjons-, hhv. omstyringsgitter, for en sentrifugalmaskin ifølge oppfinnelsen; fig. 4 viser en sentrifugalmaskin som består av tre enheter, hvor den første enhet er utformet som flertrinns, motsatt dreiende tohjulskompressor og hvor de to etterføl-gende enheter er av konvensjonell konstruksjon; fig. 5 viser en sentrifugalmaskin som består av tre enheter, hvor alle tre enheter er utformet som flertrinns, motsatt dreiende tohjuls-kompressorer og hvor det siste trinn er et turbintrinn; fig.

6 viser en sentrifugalmaskin med flertrinns, motsatt dreiende

tohjulskompressor i dobbelstrømsutførelse; fig. 7 viser en

flertrinns, motsatt dreiende tohjulskompressor for en sentrifugalmaskin ifølge oppfinnelsen med dobbelt krummende løpe-hjulsskovler og skrå innløpskant på løpehjulinngangen; fig. 8 viser skjematisk sett ovenfra skovlene og mellomskovlene med overstrømskanaler i et deltrinn på løpehjulinngangen.

Sentrifugalmaskinen 1 som er konstruert som pumpe, i med huset 10 og vist i et skjematisk aksialsnitt, oppviser de to motsatt dreiende roterende løpehjul 11 og 12. Løpehjulet 11 med skovlbærerskiven 110, bærer de to skovlkranser eller skovlgitter 111 og 112. Løpehjulet 12 med skovlbæreskiven 120 bærer skovlkransene eller skovlgitrene 121 og 122. Skovlkransene på de to skovlbærerskivene 110 og 120 er anordnet slik at de griper inn i hverandre. På den samme aksel 123 som løpe-hjulet 12 er også forløperhjulet/induceren 124 anbrakt på inn-sugningssiden. Skovlbærerskiven 110 danner sammen med hulak-selen 113 et indre hus. I området ved den radiale ytre ende på løpehjulbærerskiven, hhv. skovlbærerskiven, 110 er diffusoren 1113 som roterer sammen med det indre hus. Transportmediet kommer, idet det på nærmest radial måte trer ut av diffusoren 1113, inn i ringrommet 140, hvor omstyringsgitteret med omstyringsskovlene 14 er anordnet. Derved omstyres transportmediet i tangensial retning eller i det minste i en ret-ningsom bare avviker fra den tangensiale med ca. 20° - 30°.

Den likeledes i et skjematisk aksialsnitt fremstilte sentrifugalmaskin eller pumpe 2 i fig. 2, er av konvensjonell konstruksjon ved at den sammenlignet med den i fig. 1 ikke oppviser noe roterende indre hus. I huset 20 er de to motsatt dreiende løpehjul 21 og 22 som er anbrakt på akslingene 25, hhv. 26, anordnet Den roterende diffusor 23 er i det viste eksempel montert fast til skovlbærerskiven 210. Skovlbærerskiven 210 bærer skovlkransene 211 og 212, og bæreskiven 220 på det motsatt roterende løpehjul 22 bærer skovlkransene 222 og 223. Skovlkransene på de to skovlbærerskiver 210 og 220 er også her anordnet slik at de griper inn i hverandre. Også i dette eksempel på en pumpe ifølge oppfinnelsen finner ut-strømningen av transportvæsken fra diffusor 23 inn i ringrommet 240 sted på tilnærmet radialt vis. For omstyring av væsken i tangensial retning eller i det minste i en retning som ligger den tangensiale nærmere, finnes det også her en krans av omstyringsskovler 24.

I fig. 3 er det skjematisk sett fra siden vist eksempel på et ringrom 30, hvor det er anordet et omstyrings-, bortstyrings- eller dispersjonsgitter 31, med omstyrings-, bortstyrings- eller dispersjonsskovler 32. Omstyringen finner sted inntil omtrent i et vinkelområde på 20 - 30° i forhold til det tangensiale.

Fig. 4 viser i et skjematisk aksialsnitt en sentrifugalmaskin som omfatter tre enheter 41, 42 og 43 som er an ordnet etter hverandre. Mens den i transportretning første, dvs. inngangsheten 41, er utformet som flertrinns, motsatt dreiende tohjulspumpe, er de etterkoblede enheter 42 og 43 utformet som vanlige sentrifugalpumper.

I fig. 5 er det vist en sentrif ugalmaskin som omfatter de tre etter hverandre anordnede enheter 51, 52 og 53 i et skjematisk aksialsnitt. Alle tre enheter 51, 52 og 53 er flertrinns, motsatt dreiende tohjuls turbomaskiner. Denne anordning som eventuelt kunne anvendes som transportpumpe i en rørledning for olje, hhv. for en blanding av flytende olje og gass, har i tillegg innebygget et turbintrinn 54 med tur-binskovlkransene 541 og 542 i den siste flertrinns, motsatt dreiende tohjuls turboenhet 53. Skovlkransen 543 bidrar til forhøyning av sentripetaltrykket og overtar samtidig funk-sjonen som et ledehjul for det annet turbintrinn med skovlkransen 542. Utførelsen av denne sentrifugalmaskin med tre enheter omfatter roterende hus 511, 521 og 531 som kan være forbundet med hverandre eller koblet til hverandre som rota-sjonsenhet. Ved en slik anordning kan allerede tilbakeførings-kanalene i det annet trinn 52 og eventuelt også det første trinn 51 være utstyrt med sentripetaltrinn. Fig. 6 viser i et skjematisk aksialsnitt en flertrinns, motsatt roterende tohjuls turbomaskin 6 med to enheter 61 og 62 i innkapslet, dobbeltstrømmende konstruksjon. Driftsmaskinen 63 driver det roterende indre hus 65 og drifts-enheten 64 driver den indre rotor 66 som på begge sider er utstyrt med skovlkranser. Den roterende diffusor 60 er felles for de to enheter 61 og 62 og del av det roterende indre hus 65. Fig. 7 viser det skjematiske lengdesnitt gjennom det roterende indre hus 72 og den motsatt roterende indre rotor 73 i en flertrinns, motsatt roterende tohjuls turboenhet 7, hvor inngangskantene 71 på skovlene i det første trinn i forhold til transportmediets strømningslinjer er stilt på skrå. Løpehjulsskovlene er utformet med dobbel krumning. Begge kon-struktive tiltak bidrar ved transport av flerfaseblandinger til en forhøyd og forbedret homogenisering av faseblandingen, for eks. gass/væske. Fig. 8 viser til slutt skjematisk en tandem-, hhv. f lerskovlutf ørelse, slik som den kan være anordnet på et skovlbærehjul. Mellom de tre skovler 81, 82 og 83 finnes det også mellomskovler 811, 821 og 831 som ikke strekker seg så langt radialt innover som skovlene 81, 82 og 83. Alle skovlene 81, 82 og 83 og mellomskovlene 811, 821 og 831 oppviser mellomkanaler Z. De enkelte skovldeler har i tverrsnitt en type bærevingeprofil. Anvendelsen av slike konstruksjoner kan fremfor alt, men ikke bare, være hensiktsmessig ved det første og eventuelt det annet trinn ettersom homogeniseringen av et flerfasetransportmedium dermed i tillegg kan forbedres.

Det forstår seg at det også i de eksempler hvor det ikke er uttrykkelig henvist til dette, kan anvendes roterende diffusorer og omstyringsgitre i ringrommet. På ett skovlbærehjul kan det være anordnet bare en eneste skovlkrans eller flere skovlkranser. Tallet er alene avhengig av antall trinn som en tohjulskompressor oppviser. Likeledes kan tallet på de enheter som er koblet etter hverandre være forskjellig fra det i de viste eksempler.

Claims (20)

1. Sentrif ugalmaskin (1) med motsatt dreiende løpehjul (11, 12), KARAKTERISERT VED at den er utformet som radial turbomaskin (1) og at skovlene (111, 112, 121, 122) på de motsatt dreiende lø pehjul (11, 12) er anordnet slik at de griper inn i hverandre.

2. Sentrifugalmaskin (1) ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den er utformet som radialkompressor.

3. Sentrifugalmaskin (1) ifølge krav 1 - 2, KARAKTERISERT VED at det i transportmediets transportretning (piler) etter hverandre er anordnet minst to motsatt dreiende skovlkranser (111, 121).

4. Sentrifugalmaskin (1) ifølge krav 1 - 3, KARAKTERISERT VED at minst ett av de motsatt dreiende løpehjul (11, 12) oppviser mer enn én skovlkrans (111, 112, 121, 122).

5. Sentrifugalmaskin (1) ifølge krav 1-4, KARAKTERISERT VED at det ved utgangen på radialkompressorens siste trinn er anordnet en diffusor (1113).

6. Sentrifugalmaskin (1) ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at radialkompressorens utgangstrinn (122) er utformet som roterende diffusor (1113).

7. Sentrifugalmaskin (1) ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at diffusoren (1113) er del av et roterende indre hus (11, 110, 13).

8. Sentrif ugalmaskin (2) ifølge krav 5 - 6, KARAKTERISERT VED at deler av ett av skovlhjulene (21, 210) er utformet som diffusor (23).

9. Sentrif ugalmaskin (1) ifølge krav 1 - 8, KARAKTERISERT VED at ringrommet (140) oppviser et omstyrings-, hhv. dispersjonsgitter (14), for transportmediet.

10. Sentrif ugalmaskin (1, 7) ifølge krav 1 - 9, KARAKTERISERT VED at inngangskantene (71) på skovlene i den første skovlkrans ikke forløper loddrett i forhold til strømningsretningen.

11. Sentrif ugalmaskin (1) ifølge krav 1 - 10, KARAKTERISERT VED at skovlene på minst én skovlkrans er utformet med dobbelt krumning.

12. Sentrif ugalmaskin (1) ifølge krav 1 - 10, KARAKTERISERT VED at skovlene på minst én skovlkrans er utformet sylindrisk med enkel krumning.

13. Sentrifugalmaskin ifølge krav 1 - 10, KARAKTERISERT VED at skovlene på minst én skovlkrans er utformet radialt.

14. Sentrifugalmaskin ifølge krav 1-13, KARAKTERISERT VED at skovlene på minst én skovlkrans, fortrinnsvis den første skovlkrans 8, oppviser overstrømningskanaler (Z) på løpehjulinngangen.

15. Sentrifugalmaskin (1) ifølge krav 1 - 14, KARAKTERISERT VED at det på løpehjulinngangen forefinnes mellomskovler (811, 821, 831).

16. Sentrifugalmaskin (7) ifølge krav 1 - 15, KARAKTERISERT VED at den er utformet som dobbeltstrømmende sentrifugalmaskin (7).

17. Sentrifugalmaskin (1) ifølge krav 1 - 16, KARAKTERISERT VED at den anvendes som flerfasepumpe.

18. Sentrifugalmaskin (1) ifølge krav 17, KARAKTERISERT VED at den anvendes som flerfasepumpe for en væske/gass-blanding.

19. Sentrifugalmaskin (1) med minst én faststående skovlkrans og ett eneste løpehjul, KARAKTERISERT VED at den anvendes som flerfasepumpe.

20. Sentrifugalmaskin (1) ifølge krav 19, KARAKTERISERT VED at den anvendes som flerfasepumpe for væske/gass-blandinger.