Luftverdichtungsanlage für eine Luft Zerlegung

Die Erfindung betri f ft eine Luftverdichtungsanlage für eine Luft Zerlegung umfassend : mindestens einen Hauptluftverdichter (MAC ) , mindestens einen Booster-Luftverdichter (BAC ) , mindestens eine erste Antriebseinheit zum Antrieb zumindest eines Verdichtermoduls des Hauptluftverdichters (MAC ) , mindestens eine zweite Antriebseinheit zum Antrieb zumindest eines Verdichtermoduls des Booster-Luftverdichters (BAC ) .

Aus der WO 2011 / 141439 Al ist bereits eine Anordnung mit einem mehrstufigen Getriebeverdichter insbesondere zur Luftzerlegung bekannt . Bei einem derartigen Kompressor-Strang einer Luftverdichtungsanlage für eine Luft Zerlegung werden sehr viele mechanische Komponenten, beispielsweise Getriebegehäuse mit Getriebeelementen und Kupplungen, etc . verwendet . Diese Bauteile dienen häufig nicht unmittelbar dem Zweck der Druckerhöhung eines Volumenstroms an Luft . Stattdessen sind diese Elemente notwendig, die eigentliche konstruktive Lösung zu realisieren, insbesondere , die einzelnen Verdichter mit einer geeigneten Drehzahl zu betreiben . Viele dieser Bauteile erzeugen neben hohen Investitionskosten auch insbesondere mechanische Verlustleistungen, die in Form von Wärme abgeführt werden, muss . Dementsprechend sind in der Regel großvolumige Ölanlagen zur Schmierung von Lagern und auch zur Kühlung des Getriebeöls erforderlich .

Es ist bekannt , Luft Zerlegungsanlagen mit zwei Getriebeverdichtern aus zubilden, wobei der eine Getriebeverdichter für die Verdichtung der Hauptluft und der andere Getriebeverdichter für die Verdichtung von Zusatzluft ausgebildet ist , wobei beide Getriebeverdichter mit einer Dampfturbine angetrieben werden . Der eine Getriebeverdichter umfasst in der Regel drei Verdichtungsstufen und zwei Zwischenkühler . Der andere Ge- triebeverdichter umfasst in der Regel vier bis sechs Verdichterstufen und drei bis fünf Zwischenkühler . Die Getriebeverdichter haben viele mechanische Komponenten (Hohlrad, Ritzelwelle , große Gehäuse usw . ) , die zu hohen Kosten führen . Außerdem wird meistens ein Zwischengetriebe zwischen der Dampfturbine und des Getriebeverdichters eingesetzt .

Insbesondere für Anlagen zur Zerlegung von Luft in die einzelnen Bestandteile werden große Verdichtungsleistungen benötigt . In der Regel erfolgt ein derartiger Verdichtungsprozess in zwei miteinander verknüpften Verdichtungsanlagen einem sogenannten Main-Air-Compressor (MAC = Hauptluftverdichter ) und einem Booster-Air-Compressor (BAG = > zusätzliche Verdichtung) . Herkömmliche MAC werden in der Regel als mindestens dreistufige Getriebeverdichter ausgeführt .

Anordnungen mit einem Getriebeverdichter bzw . Getriebeverdichter sind bereits aus den DE 102010020145 Al , DE 102009015862 Al , DE 102014225136 Al , DE 102015200439 Al , DE 102015203287 Al bekannt .

Derartige Verdichtungsanlagen sind dementsprechend teuer, weil in der Regel ein Getriebe und mindestens zwei Verdichterwellen benötigt werden, an dessen Wellenenden die entsprechenden Verdichter angebracht werden können . Der hohe Installationsaufwand, die Wartungskosten und die Höhe der Investition schlechthin sind schon aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten unerwünscht .

Die Erfindung hat es sich ausgehend von den bekannten Problemen und Nachteilen des Standes der Technik im Bereich der Luftverdichtungsanlage für eine Luft Zerlegung zur Aufgabe gemacht , Investitionskosten zu senken, ohne den Wirkungsgrad derartiger Anlagen nennenswert zu verschlechtern .

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Luftverdichtungsanlage für eine Luft Zerlegung umfassend : mindestens einen Hauptluftverdichter (MAC ) , mindestens einen Booster-Luftverdichter (BAG ) , mindestens eine erste Antriebseinheit zum Antrieb zumindest eines Verdichtermoduls des Hauptluftverdichters (MAC ) , mindestens eine zweite Antriebseinheit zum Antrieb zumindest eines Verdichtermoduls des Booster-Luftverdichter (BAC ) , wobei der Hauptluftverdichter (MAC ) einen ersten Verdichterstrang umfasst , der mit der ersten Antriebseinheit drehmomentübertragend gekoppelt ist , wobei der Booster-Luftverdichter (BAC ) einen separaten Verdichterstrang umfasst , der mit der zweiten Antriebseinheit drehmomentübertragend gekoppelt ist , wobei der separate Verdichterstrang des Booster-Luft-verdichter ( 3 ) (BAC ) als Getriebeverdichter ( 12 ) mit einem Groß zahnrad und mehrere an dem Groß zahnrad dreh-momentübertragende Planeten-Zahnräder ausgebildet ist , wobei die erste Antriebseinheit ( 4 ) als Dampfturbine ausgebildet ist , wobei die zweite Antriebseinheit ( 7 ) als Elektromotor ausgebildet ist .

Die rückbezogenen Unteransprüche betref fen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung .

Ein Verdichtermodul im Sinne der Erfindung ist ein Verdichter oder eine Verdichterstufe und umfasst im Fall des Radialverdichters bzw . Zentri fugalverdichters mindestens ein Laufrad . Der Hauptluftverdichter und der Booster-Luftverdichter weisen j eweils mindestens ein Verdichtermodul auf , dass von der j eweiligen Antriebseinheit angetrieben wird .

Während eine Luft Zerlegung einen sehr komplexen Verfahrensablauf aufweisen kann, beschäftigt sich die Erfindung im Wesentlichen mit der Verdichtung von Luft für eine Luftzerlegung, die den bestimmten Anforderungen einer Zerlegung von Luft genügen muss und mit dem Antrieb dieses Verdichtungsvorgangs . Dem industriellen Standard folgend, ist es für einen Anbieter eine zwingende Voraussetzung, einen Hauptluftverdichter (main air compressor ) und mindestens einen, bevorzugt zwei sogenannte Booster-Luftverdichter (Booster Air Compressor BAC ) bereitzustellen .

Besondere Vorteile der Erfindung ergeben sich insbesondere als eine Auflösung der Strang-Struktur mehrstufiger Getriebeverdichter, wie aus dem zitierten Stand der Technik bekannt .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Großzahnrad über eine gemeinsame zweite Welle mit der zweiten Antriebseinheit drehmomentübertragend gekoppelt .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Getriebeverdichter mindestens zwei Planeten-Zahnräder auf , an dem j eweils zwei Verdichtermodule drehmomentübertragend gekoppelt sind .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Hauptluftverdichter (MAC ) zwei Verdichtermodule an dem Verdichterstrang auf , wobei die erste Antriebseinheit und die zwei Verdichtermodule eine gemeinsame erste Welle aufweisen, wobei die zwei Verdichtermodule über die gemeinsame erste Welle drehmomentübertragend mit der ersten Antriebseinheit gekoppelt sind .

Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, die Anzahl der Verdichtermodule im Hauptluftverdichter von drei auf zwei zu reduzieren, was zu einer Reduzierung der Investitionskosten führt .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die erste Antriebseinheit zwischen den zwei Verdichtermodulen angeordnet .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die zwei Verdichtermodule strömungstechnisch miteinander verbunden, wobei zwischen den beiden Verdichtermodulen ein Zwischenkühler angeordnet ist , wobei der Zwischenkühler zum Kühlen des im Betrieb aus dem Verdichtermodul ausströmenden Prozess fluids ausgebildet ist . In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Booster-Luftverdichter (BAC ) mehrere Verdichtermodule auf , wobei ein Verdichtermodul strömungstechnisch mit dem Verdichtermodul des Hauptluftverdichters (MAC ) verbunden ist .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen dem Verdichtermodul des Hauptluf t-verdichters und dem Verdichtermodul des Booster-Luftverdichter ein zweiter Zwischenkühler angeordnet .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen den Verdichtermodulen des Booster-Luftverdichters j eweils ein Zwischenkühler angeordnet .

Im Folgenden ist die Erfindung anhand spezieller Aus führungsbeispiele unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert .

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden .

Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugs zeichen gekennzeichnet .

Aus führungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben . Diese sollen die Aus führungsbeispiele nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt . Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen .

Es zeigt : Figur eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Luftverdichtungsanlage für eine Luft Zerlegung .

Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Aus führung einer Luftverdichtungsanlage für eine Luft Zerlegung .

Die in der Figur 1 dargestellte Luftverdichtungsanlage 1 für eine Luft Zerlegung sieht mindestens einen Hauptluftverdichter 2 , der auch als Main-Air-Compressor (MAC = Hauptluftverdichter ) bezeichnet wird und mindestens einen Booster-Luftverdichter 3 , der auch als Booster-Air-Compressor (BAC = > zusätzliche Verdichtung) bezeichnet wird, vor .

Die Luftverdichtungsanlage 1 umfasst des Weiteren eine erste Antriebseinheit 4 zum Antrieb zumindest eines Verdichtermoduls 5 , 6 des Hauptluftverdichters 2 .

Die Luftverdichtungsanlage 1 umfasst des Weiteren mindestens eine zweite Antriebseinheit 7 zum Antrieb zumindest eines Verdichtermoduls 8 , 9 , 10 , 11 des Booster-Luftverdichters 3 .

Der Hauptluftverdichter 2 umfasst einen ersten Verdichterstrang, der mit der ersten Antriebseinheit 4 drehmomentübertragend gekoppelt ist , wobei der Booster-Luftverdichter 3 einen separaten Verdichterstrang umfasst , der mit der zweiten Antriebseinheit 7 drehmomentübertragend gekoppelt ist . Die beiden Verdichterstränge des Hauptluftverdichters 2 und des Booster-Luftverdichter 3 sind zwar strömungstechnisch miteinander verbunden, allerdings besteht keine antriebseitige Verbindung zwischen den beiden Verdichtersträngen . Dadurch werden Kosten eingespart , da keine Getriebe , Kupplungen usw . benötigt werden .

Der separate Verdichterstrang des Booster-Luftverdichters 3 ist mit einem Getriebeverdichter 12 ausgebildet . Der Getriebeverdichter 12 weist hierbei ein Großradzahnrad auf , das über eine Welle 13 mit der zweiten Antriebseinheit 7 drehmomentübertragend gekoppelt ist . Des Weiteren weist der Getrie- beverdichter 12 mehrere Planeten-Zahnräder auf , die drehmomentübertragend mit dem Großradzahnrad gekoppelt sind . Eine Drehung des Großradzahnrades führt zu einer Drehung der Planeten-Zahnräder . Jedes Planeten-Zahnrad ist zumindest mit einem Verdichtermodul 8 , 9 , 10 , 11 gekoppelt , so dass die Drehung des Großradzahnrades zur Verrichtung der Dichtungsarbeit in den Verdichtermodulen 8 , 9 , 10 , 11 führt .

Der Hauptluftverdichter 2 weist zwei Verdichtermodule 5 , 6 auf , die mit der ersten Antriebseinheit 4 einen Verdichterstrang bilden . Die erste Antriebseinheit 4 und die zwei Verdichtermodule 5 , 6 weisen eine gemeinsame erste Welle 13 auf , wobei die zwei Verdichtermodule 5 , 6 über die gemeinsame erste Welle 13 drehmomentübertragend mit der ersten Antriebseinheit 4 gekoppelt sind .

Das Groß zahnrad ist über eine gemeinsame zweite Welle 27 mit der zweiten Antriebseinheit 7 drehmomentübertragend gekoppelt .

Die erste Antriebseinheit 4 ist hierbei zwischen dem ersten Verdichtungsmodul 5 und dem zweiten Verdichtungsmodul 6 angeordnet .

Die erste Antriebseinheit 4 ist als Dampfturbine ausgebildet . Die erste Antriebseinheit 4 kann in alternativen Aus führungsformen auch als elektrischer Motor, Gasturbine oder vergleichbarem ausgebildet sein .

Die zweite Antriebseinheit 7 ist als elektrischer Motor ausgebildet . Die zweite Antriebseinheit 7 kann in alternativen Aus führungs formen auch als elektrischer Motor, Gasturbine oder vergleichbarem ausgebildet sein .

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Luftverdichtungsanlage 1 erläutert . Ein Strömungsmedium strömt über eine erste Leitung 14 in das erste Verdichtungsmodul 5 . Das Strömungsmedium kann Luft sein . In dem ersten Verdichtungsmodul 5 wird der Druck und die Temperatur des Strömungsmediums erhöht . Über eine zweite Leitung 15 strömt das Strömungsmedium zu einem ersten Zwischenkühler 16 . Im ersten Zwischenkühler 16 wird das Strömungsmedium abgekühlt .

Anschließend strömt das Strömungsmedium zu dem zweiten Verdichtermodul 6 . Dort wird das Strömungsmedium weiter verdichtet , wobei sich der Druck und die Temperatur erhöht . Das Strömungsmedium strömt anschließend über eine dritte Leitung 17 zu einem zweiten Zwischenkühler 18 . In dem zweiten Zwischenkühler wird die Temperatur des Strömungsmediums verringert .

Die Verdichtungsarbeit in dem Hauptluftverdichter 2 wäre somit abgeschlossen . Die weitere Verdichtungsarbeit wird in dem Booster-Luftverdichter 3 durchgeführt .

Dazu strömt das Strömungsmedium über eine vierte Leitung 19 in ein drittes Verdichtermodul 8 . Im dritten Verdichtermodul 8 wird der Druck und die Temperatur des Strömungsmediums erhöht . Anschließend strömt das Strömungsmedium über eine fünfte Leitung 20 zu einem dritten Zwischenkühler 21 , wo die Temperatur des Strömungsmediums wieder verringert wird .

Nach dem dritten Zwischenkühler 21 strömt das Strömungsmedium in ein viertes Verdichtermodul 9 , wo der Druck des Strömungsmediums weiter erhöht wird, wobei dabei auch die Temperatur ansteigt .

Anschließend strömt das Strömungsmedium zu einem vierten Zwischenkühler 22 , wo die Temperatur des Strömungsmediums verringert wird . Nach dem vierten Zwischenkühler 22 strömt das Strömungsmedium über eine sechste Leitung 23 zu einem fünften Verdichtermodul 10 , wobei der Druck des Strömungsmediums erhöht wird, wobei sich die Temperatur erhöht . Anschließend strömt das Strömungsmedium über eine siebte Leitung 24 zu einem fünften Zwischenkühler 25 , wo die Temperatur des Strömungsmediums verringert wird .

Nach dem fünften Zwischenkühler 25 strömt das Strömungsmedium zu einem sechsten Verdichtermodul 11 , wo der Druck und die Temperatur des Strömungsmediums vergrößert wird . Nach dem sechsten Verdichtermodul 11 strömt das Strömungsmedium über eine achte Leitung 26 aus der Luftverdichtungsanlage heraus .