SE501893C2 - Skruvkompressor med variabla axialbalanseringsorgan - Google Patents

Description

501 893 z Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma enkla och tillförlitliga organ för en automatisk anpassning av axialbalanseringskrañen till olika driñsförhållanden i en kompressor av ifrågavarande slag, speciellt för drifi vid höga in- och utloppstryck.

Detta har i enlighet med uppfinningen emåtts genom att en kompressor av det slag som anges i kravets 1 ingress uppvisar de särdrag som anges i kravets l kännetecknande del.

Ett arrangemang i enlighet med uppfinningen kräver ett minimum av ändringar av kompressom för att uppnå anpassningen av balanseringskrañen och inför ej några rörliga delar för detta.

Dimensioneringen av systemets parametrar såom balanseringskolvarean och de två stryp- ningamas strypningsgrad kan lätt beräknas för ett förväntat tryckvaraitionsintervall, och på grund av systemets enkelhet är risken för fimktionsstöming minimerad.

Eftersom vätskeinsprutningsorgan normalt representerar en strypning av vätskan när den insprutas, kan det andra strypningsorganet fördelaktigt utgöras av vätskeinsprutningsorganet självt.

Det föreligger ej något behov av att använda variabla stryporgan, varken för det första eller det andra av stryporganen, varför fasta strypningar kan användas, Ytterligare fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen anges i underkraven.

Uppfinningen förklaras nännare genom efterföljande detaljerade beskrivning av en föredragen utföringsform av densamma under hänvisning till den medföljande figuren som schematiskt visar en kompressor i enlighet med uppfinningen.

Kompressom 1, som är av skruvrotortypen med ett par i varandra ingripande skrvuvrotorer, har ett lågtrycksinlopp 2 och ett högtrycksutlopp 3. En av rotorema är försedd med en axelför- längning 15 förbunden med icke visade drivorgan, vilken axeltörlängning har en balanserings- kolv ll i en cylinder 14. Kompressom är oljeinsprutad, och i utloppsledningen 8 finns en olje- avskiljare 10. Från oljeavskiljaren avgår gasen genom en förbrukarledning 9, och den avskilda oljan strömmar tillbaka till arbetsrummet genom en ledning 6 och oljeinsprutningsorganet 4.

Ledningen 6 är försedd med en första strypning 5 intill oljeavskiljaren, och oljeinsprutnings- örganet utgör en andra strypning 4. Mellan den första 5 och andra 4 strypningen är en gren- ledning 7 förbunden med ledningen 6, vilken grenledning mynnar i cylindem 14.

Kompressom mottar gas genom inloppet 2 vid ett inloppstryck ps, vilken gas lämnar kompres- som genom utloppet 3 vid utloppstryck p¿. Trycket pi i arbetsrummet där oljan insprutas 501 i 893 3 _ ligger mellan sugtrycket ps och utloppstrycket pd. Reduceringen av trycket pd i oljeavskiljaren 10 till insprutningstrycket pi sker i de två strypningama 5 och 4 i ledningen 6. Balanserings- trycket pi, som verkar på tryckytan 12 på balanseringskolvens högtryckssida är lika med trycket i ledningen 6 mellan de båda strypningama 5 och 4, vilket tryck kommer att vara högre än pi men lägre än pd. En viss mängd olja läcker över balanseringskolven 11 till dess högra sida, vilken olja dräneras längs axelförlängningen 15 till kompressoms arbetsrum 16 vid ett läge där arbetsrummet fortfarande står i kommunikation med inloppsporten, så att trycket pa hela tiden ligger något över sugtrycket. Förhållandet mellan de olika trycken är således psa Vid dñfi uppträder en axiell gaskrafi F på vardera rotor i riktning från kompressoms hög- trycksände till dess lågtrycksände, d.v.s. mot vänster i figuren, vilken gaskrafl är en 'funktion av ps och pd. Balanseringskrañen Fb från kolven ll beror på kolvens effektiva tryckarea 12 och är en fiinktion av pp och pa. Balanseringskrafien bör vara mindre än gaskraften och således lämna en resulterande krafi FR = F - FB att tas upp av axiallagren. Det är önskvärt att den resulterande krafien ligger inom ett visst intervall Fmin < FR < Finax, där Fmin och Finax bestämmes av axiallagrens belastningsfordringar.

Som nämnts är kompressom avsedd för tillämpningar, vid vilka ps såväl som pd varierar och med dem gaskrafien F. Varierande ps och pd påverkar även pi, så att också balanseringskrafien FB kommer att variera som en fiinktion av ps och pd, med resultatet att gaskraflen F och balanseringskrafien FB kommer att variera samtidigt.

Karaktäristiken för hur balanseringskrafien FB varierar som en fimktion av ps och pd bestäm- mes i huvudsak av förhållandet mellan strypningsgraden i respektive strypningar 5 och 4 och av vätskeinsprutningsportens läge.

Genom en lämplig dimensionering av den första strypningen 5 i förhållande till den andra strypningen 4 är det möjligt att åstadkomma en sådan variation av pi, som funktion av ps och pd så att den resulterande kraften FR kommer att bibehållas inom det ovan föreskrivna intervallet vid olika driftsförhållanden.

Följande numeriska exempel åskådliggör de fördelar som uppnås med en kompressor enligt uppfinningen. Kompressom i exemplet är avsedd att pumpa upp naturgas från djupbrunnskällor där trycket kan variera mellan 10 till 35 bar, och gasen levereras vid ett tryck som varierar från 60 till 80 bar. Oljeinsprutningsporten är belägen i arbetskammaren vid ett läge där trycket pi = 1,7 x ps, och förhållandet mellan strypningsgraden i de båda strypningama är så valt att balanseringstrycket är pi, = pi + 0,6 (pd - pi). Nettobalanseringstrycket på balanseringskolven 501 893 *Y är pn = pb - pa, där pa är omkring en bar över ps oberoende av nivån på ps. Nettobalan- seringstrycket kan således uttryckas som en funktion av ps och pd: pn = pb - pa = pb - (ps + 1) =1>1+0,6x(pd-p1)-Ps-1=1,7Ps+0,61>a-LO2PS-PS-1=0,6pa-0,32ps-1 Detta tryck verkar på en balanseringskolvyta med en area på A cmz resulterande i en balan- seringskrafi FB = A x (0,6 pd - 0,32 ps - 1). Såsom förklarats ovan bör denna krafi balansera gaskrañen F i sådan utsträckning att den kvarvarande belastningen FR på axiallagren faller inom ett intervall Fmin < FR < Fmax. I detta fall med ett visst mönster för belastningsvaria- tionema i tiden erhålles med intervallgränserna Fmin = 6000 N och Fmax = 24000 en beräknad lagerlivslängd på > 40 000 h.

I nedanstående tabell listas fyra olika drifisförhållanden med angivande av gaskraften F på han- rotom och motsvarande balanseringskraft FB när den effektiva tryckytan är A cm? I den högra kolumnen är det intervall för A, för vilket lagerbelastningen kommer att ligga inom det före- skrivna intervallet, beräknat för vart och ett av fallen. Enhetema i tabellen år bar, N respektive cm? pa p; F FB A I 8o 10 39 ooo A x 438 34,2 _ 75,3 11 80 35 50 ooo A x 358 72,6 - 123,0 III 60 10 31 000 A x 318 22,0 - 78,6 IV 60 35 38 000 A x 248 58,8 - 134,5 Av tabellen framgår att för de olika drifisfallen finns ett gemensamt intervall för A mellan 72,6 och 75,3 cmz, för vilket belastningsfordringama är tillgodosedda. En adekvat balanseringskrafl kan således erhållas om den effektiva tryckarean är exempelvis 74 cm? Som tidigare nämnts påverkas koeflicientema för pb som fiinktion av ps och p¿ utav valet av läge för oljeinsprutningsporten och utav den relativa graden av strypning hos de båda stryp- ningama. En ändring av karaktäristiken för FB är således lätt att uppnå om detta skulle vara nödvändigt för att uppfylla belastningsfordringama då systemet anpassas till andra tillämp- ningar med andra drifisförhållanden.

För jämförelse presenteras nedan en motsvarande tabell för ett system i enlighet med känd teknik, där utloppstrycket verkar direkt på balanseringskolven. 5010093 5 pd Ps F FB A 1 so 10 39 000 Ax69o 21,7 - 47,8 11 so 35 so 000 A x 440 59,0 - 100,0 111 60 10 31 000 A x 490 14,2 - 51,0 Iv 60 ss ss 000 A x 240 58,3 - 141,6 Av tabellen framgår att det ej existerar något värde på A som kan användas for samtliga fall.

Om kolven är dimensionerad for att tillfyllest balansera gaskraftema i ett av fallen, så kommer gaskraften att vara över- eller underbalanserad i andra.

Claims (5)

501 893 Patentkrav:

1. Skruvkompressor (1) med ett par skruvrotorer som arbetar i ett arbetsrum (16) för- ' bundet med en lågtrycksinloppsport (2) och en högtrycksutloppsport (3), vilken kompressor är försedd med: - vätskeinsprutningsorgan (4) for insprutning av en vätska i nämnda arbetsrum vid en mellantrycksnivå, - vätskeavskiljningsorgan (10) förbundet med nämnda utloppsport, - första ledningsorgan (6) innefattande nämnda vätskeinsprutningsorgan (4), vilka första ledningsorgan (6) förbinder nämnda vätskeavskiljningsorgan ( 10) med nämnda arbetsrum (16) vid nämnda mellantrycksnivå, och - hydrauliska axialbalanseringskolvorgan (11) som verkar på åtminstone den ena avnämndarotorer, kännetecknad av - forsta (5) och andra (4) stryporgan i nämnda första ledningsorgan (6) och - andra ledningsorgan (7) som förbinder en forsta tryckyta (12) på nämnda kolv- organ (1 1) med nämnda första ledningsorgan (6), varvid förbindelsen med nämnda första ledningsorgan (6) är belägen mellan nämnda första (5) och andra (4) stryporgan.

2. Skruvkompressor enligt krav 1, vid vilken vart och ett av nämnda första (5) och andra (4) stryporgan är fast.

3. Skruvkompressor enligt krav 2, vid vilken nämnda vätskeinsprutningsorgan (4) utgör nämnda andra stryporgan (4).

4. Skruvkompressor enligt något av kraven 1 till 3, vid vilken nämnda kolvorgan (1 1) har en andra tryckyta (13) axiellt motriktad nämnda första tryckyta (12), vilken andra tryckyta är förbunden med nämnda arbetsrum (16) vid en andra mellantrycksnivå., vilken är lägre än nämnda första mellantrycksnivå.

5. Skruvkompressor enligt något av kraven 1 till 3, vid vilken nämnda kolvorgan (11) har en andra tryckyta (13) axiellt motriktad nämnda första tryckyta (12), vilken andra tryckyta är förbunden med nämnda arbetsrum (16) vid inloppstryck.