多級齒輪式壓縮機的製作方法

2023-09-20 04:00:40 1

專利名稱：多級齒輪式壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多級齒輪式壓縮機，其具有第一過程級、第二過程級和傳動機構，具有不同轉速的兩個過程級經由所述傳動機構彼此耦聯。
背景技術：
齒輪式壓縮機在冶金學中並且在其他工藝中用於對空氣或者化學氣體 進行 壓縮、進行氣體分離。空氣和在下面簡化地同樣稱作為空氣的其他氣體在第一過程級中被壓縮到第一壓力，然後被輸送給第二過程級，所述空氣在所述第二過程級處被壓縮到更高的第二壓力。 例如用於每天生產幾千噸氧氣的現代化空氣分離設備的大型齒輪式壓縮機必須以高的效率壓縮高的體積流。為了達到高的效率而以不同的轉速運行起到空氣壓縮作用的過程級，其中第二過程級與第一過程級相比通常以更高的轉速運行。為了藉助單個壓縮機驅動器產生不同的轉速，齒輪式壓縮機配備有將具有不同的轉速的兩個過程級彼此耦聯的傳動機構。驅動器不僅能夠是電機，而且能夠是渦輪機，例如蒸汽輪機或者燃氣輪機。

發明內容
本發明的目的是，提供一種多級齒輪式壓縮機，其能夠以低的耗費和高的效率運行。所述目的通過開始所述類型的多級齒輪式壓縮機來實現，其中傳動機構根據本發明將具有第三轉速的壓縮機驅動軸與兩個過程級耦聯，其中第三轉速不同於兩個過程級的轉速。本發明基於下述考慮，需要大至1000U/min以上的過程級轉速以進行空氣壓縮，以便能夠以高的效率壓縮非常大的空氣體積。如果將電機用作為壓縮機驅動器，那麼所述電機為了能夠直接地與兩個動葉輪中的一個剛性地耦聯必須是極其快速運轉的電機，所述電機例如具有變頻器。這種電機是昂貴的。因此為了能夠應用標準電機，有利的是，傳動機構將壓縮機驅動器的轉速、即壓縮機驅動軸的轉速轉換到適合於過程級的轉速，尤其轉換到適合於第一過程級的轉速。由此，壓縮機傳動機構的相對低的轉速能夠被轉換到第一過程級的更高的第二轉速和第二過程級的還要更高的第三轉速。壓縮機傳動機構和兩個過程級能夠以分別對於其而言最佳的轉速運行，使得能夠藉助簡單的驅動器，例如簡單的電機，以高的效率運行齒輪式壓縮機。齒輪式壓縮機能夠是空氣壓縮機或者過程氣體壓縮機，其中每種類型的氣體在下面也簡單地稱作空氣。適宜的是，齒輪式壓縮機是渦輪壓縮機。也稱作連接軸的壓縮機驅動軸用於與壓縮機驅動器連接、即用於傳遞從壓縮機驅動器完全地進入到齒輪式壓縮機中的驅動功率。過程級能夠是如下徑流式壓縮機級，所述徑流式壓縮機級具有例如以如在齒輪式壓縮機中常見的懸伸級的結構形式的一個動葉輪或者在兩個軸承之間的、相繼設置在軸承上的多個動葉輪。過程級也能夠是包括一個或多個在軸上旋轉的軸流式葉片排的軸流式壓縮機級。為了簡化術語，在下面徑流式壓縮機級的動葉輪和軸流式壓縮機級的旋轉的葉片排也稱作葉輪。兩個過程級中的每一個配備有至少一個葉輪。過程級的轉速是所述過程級的至少一個葉輪的轉速。具有不同的轉速的兩個過程級的葉輪通過傳動機構彼此耦聯。過程級的特徵在於例如進口接管的進口和例如出口接管的出口。所述過程級能夠包括一個或多個葉輪，其中當兩個徑向動葉輪分別具有自身的進口和出口時，兩個所述徑向動葉輪也能夠在共同的軸上形成兩個過程級。過程級能夠實現在工作過程中的一個工作階段或者一個工作步驟，例如空氣壓縮。兩個過程級能夠在單獨的工作過程中相繼地實施兩個工作步驟或者在兩個分開的工作過程中實施兩個工作步驟。兩個過程級能夠將相同的空氣相繼地壓縮到不同的壓力。為此，兩個過程級能夠適宜地以不同的形狀和/或尺寸構成。有利地，過程級和傳動機構設置在唯一的壓縮機殼體中並且由其包圍。
壓縮機殼體適宜地包括多個彼此封閉的壓力腔，其中第一過程級、第二過程級和傳動機構能夠壓密地彼此分界。在本發明的一個有利的實施形式中，傳動機構包括行星齒輪傳動機構。藉助於行星齒輪傳動機構能夠穩定地並且長時間可靠地傳遞高的力和高的轉速。當將太陽輪設置在傳動機構中央時，即尤其與兩個過程級的驅動軸中心對稱地設置時，能夠實現將行星齒輪傳動機構尤其有效地設置在整個傳動機構中。尤其有利的是，將太陽輪軸與第一過程級的軸對準地設置。此外提出，壓縮機驅動軸經由行星齒輪傳動機構與兩個過程級耦聯。兩個過程級的驅動能量能夠經由唯一的行星齒輪傳動機構引導，由此有效地利用所述行星齒輪傳動機構。適宜的是，壓縮機驅動軸同心於行星齒輪傳動機構地引導，其中壓縮機驅動軸與太陽輪的軸對準地設置是有利的。有利地，太陽輪相對於殼體固定地被保持，即相對於傳動機構殼體、相對於齒輪式壓縮機殼體、相對於驅動器殼體即例如馬達殼體固定地被保持，或者相對於不同於齒輪式壓縮機殼體的靜止元件固定地被保持。如果壓縮機驅動軸與行星齒輪傳動機構的行星輪保持架剛性地連接，那麼能夠實現從驅動器經由行星齒輪傳動機構到過程級的有效的傳動。本發明的另一有利的實施形式提出，第一過程級與行星齒輪傳動機構的齒圈剛性地連接。通過從第一過程級到行星齒輪傳動機構的所述對稱的設置能夠實現將高的力穩定地傳遞到過程級上，即傳遞到所述過程級的一個或多個葉輪上。適宜的是，通過行星齒輪傳動機構將壓縮機驅動軸的轉速轉換到第一過程級的不同於所述轉速的、尤其更高的轉速。在此適宜的是，所述兩個轉速施加在行星架處和行星齒輪傳動機構的齒圈處。為了產生用於第二過程級的第三轉速，有利的是，傳動機構除行星齒輪傳動機構之外還包括正齒輪傳動機構。一個有利的實施形式提出，第二過程級的軸適宜地是正齒輪傳動機構的小齒輪的小齒輪軸。通過小齒輪軸或者小齒輪在行星齒輪傳動機構的齒圈上的滾動能夠實現簡單且有效地力傳遞。
當行星齒輪傳動機構的齒圈與正齒輪傳動機構的正齒輪齒部剛性地連接時，能夠實現在行星齒輪傳動機構和正齒輪傳動機構之間的有效的連接。適宜的是，在此，通過行星齒輪傳動機構或者說通過行星齒輪傳動機構的齒圈形成正齒輪傳動機構的大齒輪。此外,在結構和力傳遞方面有利的是,傳動機構包含具有大齒輪的正齒輪傳動機構，其中第一過程級與大齒輪對稱地設置。由此，還存在將第一過程級構成為中央的軸流式壓縮機級的可能性。為了壓縮尤其在500000m3/h之上的範圍內的特別高的空氣流，將軸流式壓縮機級用作為第一過程級是有利的。空氣能夠通過大容積的軸向進口被吸入並且以大容積有效壓縮。當第一過程級、即例如構成為軸流式壓縮機級的第一過程級的葉片組與大齒輪剛性地耦聯時，能夠實現齒輪式壓縮機的尤其能承受機械負載的並且緊湊的布置方式。如果第二過程級是徑流式壓縮機級，那麼能夠實現有效地壓縮到高的最終壓力。為了將高的體積流在第二過程級中壓縮到高的壓力，中間冷卻裝置是有利的。為 此，將從第一過程級中流出的體積流輸送給中間冷卻器，所述中間冷卻器設置在兩個過程級之間的空氣流路徑中。那麼，為了有效地壓縮空氣，在空氣進入到第二過程級中並且壓縮到其最終壓力之前，在第一過程級中壓縮的空氣能夠經受中間冷卻。為此，齒輪式壓縮機適宜地包括來自齒輪式壓縮機的、從第一過程級開始的空氣出口和進入到齒輪式壓縮機中的、至第二過程級的空氣入口，使得能夠將冷卻器連接到空氣入口和空氣出口處。在第一過程級中壓縮的空氣被引到穿過冷卻器以用於進行中間冷卻，並且在完成中間冷卻之後到達第二過程級中。也可能的是，在壓縮機殼體之內設置冷卻器。尤其當第一過程級是軸流式壓縮機級時，有利的是，能夠將通過所述第一過程級壓縮的體積流分配到多個第二過程級上，所述第二過程級的處理容積更小。在所述布置方式中，能夠將多個徑流式壓縮機級並行地用作為第二過程級。為此有利的是，將從第一過程級中流出的並且已經預壓縮的體積流劃分成多個體積流以用於在多個第二過程級中進行再壓縮。因此，齒輪式壓縮機有利地包括分別具有分離的驅動軸的多個並行安裝的第二過程級。適宜地，第二過程級中的每個分別是具有呈懸伸構造方式的動葉輪的徑流式壓縮機級。第二過程級能夠圍繞傳動機構中心對稱地分布，使得在傳動機構中實現對稱的、進而穩定的力分布。兩個過程級能夠構成為，使得第二過程級的吸入側與第一過程級的壓力側連接。由此，空氣能夠在第一過程步驟中被預壓縮並且在後續的過程步驟中被再壓縮。替選地能夠考慮，兩個過程級在不同的工作過程中工作，使得將與第二過程級相比不同的空氣輸送給第一過程級。以該方式能夠藉助齒輪式壓縮機在兩個過程級中處理不同的氣體和/或不同的體積。


根據在附圖中示出的實施例詳細闡明本發明。其示出圖I示出具有軸流式壓縮機部件和徑流式壓縮機部件以及冷卻器的齒輪式壓縮機的示意圖，
圖2示出從軸流式壓縮機部件到徑流式壓縮機部件的空氣輸送部的示意圖，並且圖3示出6具有壓縮機驅動軸的同軸引導部和太陽輪支架的替選的齒輪式壓縮機的示意圖。
具體實施例方式圖I示出齒輪式壓縮機2的示意剖面圖。齒輪式壓縮機2包括具有僅示意表明的軸向葉片組6的軸流式壓縮機級或者軸流式壓縮機形式的第一過程級4，所述軸向葉片組能夠是單排的或者多排的，即能夠包括一個或多個在共同的軸上並且彼此剛性連接的葉輪。齒輪式壓縮機2還具有兩個第二過程級8，這兩個第二過程級分別呈各具有僅示意表明的徑向動葉輪10的徑流式壓縮機級或者徑流式壓縮機的形式。三個過程級4、8經由包括行星齒輪傳動機構14和正齒輪傳動機構16的傳動機構12彼此連接。兩個過程級4、8和傳動機構12設置在包圍這些元件的壓縮機殼體18中。傳動機構12設置在壓縮機殼體18之內且設置在傳動機構殼體20中。壓縮機殼體18被分成·多個壓密地彼此分界的腔室，其中第一過程級4和兩個第二過程級8壓密地彼此分離。傳動機構12在其傳動機構殼體20中同樣壓密地與過程級4、8分離，使得壓縮的或者未壓縮的過程氣體不到達傳動機構殼體20中。同樣可能的是,傳動機構殼體20至少一段置於外部並且因此形成壓縮機殼體18的一部分。冷卻器22定位在壓縮機殼體之外，其中同樣良好可行的是，將冷卻器22安裝在壓縮機殼體18之內。同樣地，將用於驅動齒輪式壓縮機2的驅動器24設置在壓縮機殼體18之外，所述驅動器能夠是電機、蒸汽輪機、燃氣輪機或者其他適宜的驅動器24。齒輪式壓縮機用於壓縮空氣，所述空氣通過第一過程級4的進口 26吸入、通過軸向葉片組6壓縮到例如為3. 96bar的第一壓力並且輸送給冷卻器22。壓縮的體積流在該實施例中例如為800000m3/h。通過壓縮而加熱的空氣在冷卻器22中冷卻並且以例如3. 87bar的壓力離開冷卻器22並且被輸送給第二過程級8的兩個徑向動葉輪10，如通過箭頭28表明。通過第二過程級8，兩個空氣流分別被再壓縮到8. 67bar並且通過相應的出口 30離開齒輪式壓縮機2。體積和壓力能夠通過相應結構上的尺寸和轉速在大範圍內匹配於不同的要求。在圖2中示意地示出，將在第一過程級4中預壓縮的空氣劃分成到兩個第二過程級8中的兩個空氣流。通過軸向葉片組6壓縮的空氣徑向向外壓入到空氣分配系統32中，如通過箭頭34表明。在此，預壓縮的空氣被等量地分配到兩個流動通道36上，所述流動通道將空氣分別輸送給冷卻器22的冷卻元件38。由此將預壓縮的空氣由單級的軸流式壓縮機等量地分配到兩個第二過程級的兩個徑流式壓縮機上。為了驅動兩個過程級4、8，將壓縮機驅動器24經由壓縮機驅動軸40間接地(圖I)或者直接地(圖3)與行星齒輪傳動機構14連接。在兩個視圖中，從上方示出齒輪式壓縮機
2、42，兩個冷卻元件38分別位於傳動機構12的側向或者下方。在圖I中示出的實施例中，太陽輪44相對於殼體固定地被保持。所述太陽輪經由太陽輪軸46與傳動機構殼體18固定地連接。傳動機構12的驅動經由壓縮機驅動軸40來進行，所述壓縮機驅動軸在圖I中以虛線示出，並且所述壓縮機驅動軸在太陽輪軸46之下與同樣以虛線示出的齒輪48剛性地連接。齒輪48與位於其上的、與行星齒輪傳動機構14的行星架52剛性連接的齒輪50嚙合。兩個齒輪48、50形成另一正齒輪傳動機構，所述正齒輪傳動機構的傳動比能夠相應地適應於關於傳動機構壓縮機2的所給出的要求。驅動器24以例如1000U/min的轉速驅動壓縮機驅動軸40。所述轉速被轉換到齒輪50的、進而行星架52的1500U/min。行星架52藉助其行星輪54通過相對於殼體固定地保持的太陽輪44驅動齒圈56，所述齒圈以3400U/min的速度旋轉。齒圈56經由軸向齒輪軸58與軸向葉片組6連接，並且以3400U/min的轉速將其驅動。齒圈56取代或者形成正齒輪傳動機構16的大齒輪60，其中齒圈56能夠設有用於行星輪54的內齒部和用於正齒輪傳動機構16的正齒輪62的外齒部。在另一實施形式中，齒圈56置放在法蘭上，所述法蘭形成用於正齒輪傳動機構16的大齒輪60。大齒輪60或者法蘭以與齒圈56相同的速度旋轉。兩個正齒輪62通過正齒輪傳動機構16以9400U/min的轉速被驅動。通過將正齒輪62與徑向動葉輪10的小齒輪軸64剛性地耦聯，將9400U/min的轉速傳遞到徑向動葉輪10上，其中所述徑向動葉輪與所述小齒輪軸剛性地連接。通過所述高的轉速，空氣以功率優化的方式被壓縮到最終壓力。 在另一實施形式中，除兩個第二過程級8之外，能夠考慮一個或多個第三過程級。每個第三過程級經由小齒輪或者正齒輪驅動,所述小齒輪或者正齒輪類似於正齒輪62與大齒輪60嚙合。與正齒輪62相比，其他的正齒輪能夠具有不同的齒數，使得能夠以不同於一個或多個第二過程級的轉速驅動一個或多個第三過程級。以該方式能夠實現分別以特定轉速驅動的三個過程級，其中三個轉速的每一個均不同於另外兩個。在圖3中示出的實施例中，太陽輪軸46被向外引導穿過傳動機構殼體18。所述太陽輪軸能夠被引導穿過驅動器24並且與靜止元件連接，使得所述靜止元件相對於殼體固定地被保持。壓縮機驅動軸66在此構成為空心軸並且同軸地圍繞太陽輪軸46延伸。所述壓縮機驅動軸傳遞驅動器的驅動轉速並且將其直接地傳遞到行星架52上。另一實施形式提出，太陽輪軸46用作為與驅動器24連接的太陽輪軸。當應實現將轉速傳動到齒圈56上時，除了行星架52之外還能夠驅動所述太陽輪軸，其中所述太陽輪軸46的轉速不同於壓縮機驅動軸66的轉速。在轉速相同的情況下，齒圈56也以所述轉速運行。通過太陽輪軸46和壓縮機驅動軸66的相反的轉動方向能夠進一步擴大到齒圈56上的傳動。附加地，在驅動器24和齒輪式壓縮機42之間施加的轉矩能夠減小，在極端情況下甚至能夠降低至將近零。還能夠考慮並且有利的是，將驅動器24劃分成兩個例如相繼設置的驅動器部件，如通過附加地並且以虛線示出的驅動器部件68表明。一個驅動器部件68設置用於使太陽輪軸46旋轉並且另一驅動器部件一在該情況下，以實線示出的驅動器24形成所述另一驅動器部件一設置用於使壓縮機驅動軸66旋轉，進而使行星架52旋轉。兩個驅動器部件68適宜地預備進行相反的旋轉，使得與單個的驅動器24相比，藉助所述驅動器部件能夠實現具有兩倍於一半驅動功率的高的轉速比。通過行星齒輪傳動機構14與正齒輪傳動機構16連接的結構，相互對準的壓縮機驅動軸66和軸向齒輪軸58的對於齒輪式壓縮機2而言有利的布置是可能的，即藉以形成緊湊的並且有效率的機構的同軸的布置。此外，兩個軸58、66中心對稱地設置在齒輪式離心壓縮機2中。此外，兩個徑向動葉輪10圍繞兩個軸58、66中心對稱地設置。多於兩個的徑向動葉輪10同樣是可能的，所述徑向動葉輪同樣圍繞兩個軸58、66中心對稱地設置。
在另一實施例中，齒輪式壓縮機2、42的兩個正齒輪62能夠具有不同的齒數，使得兩個徑向動葉輪10能夠以不同的轉速運行。由此，兩個空氣部分流能夠被壓縮到不同的最終壓力。通過非對稱地構成兩個流動通道36能夠將空氣流不等量地分配到徑向動葉輪10 上，使得例如將更小的流提供到快速轉動的徑向動葉輪10上以進行更高的壓縮。
權利要求
1.一種多級齒輪式壓縮機(2)，具有第一過程級(4)、第二過程級(8)和傳動機構(12)，具有不同轉速的兩個所述過程級(4，8)經由所述傳動機構彼此耦聯，其特徵在於，所述傳動機構(12)將具有第三轉速的壓縮機驅動軸(40，66)與兩個所述過程級(4，8)耦聯，所述第三轉速不同於所述過程級(4，8)的轉速。
2.根據權利要求I所述的齒輪式壓縮機(2)，其特徵在於，所述壓縮機驅動軸(40，66)經由行星齒輪傳動機構(14)與所述過程級(4，8)耦聯。
3.根據權利要求2所述的齒輪式壓縮機(2)，其特徵在於，所述壓縮機驅動軸(60)以相對於所述行星齒輪傳動機構(14)居中的方式被引導。
4.根據權利要求2或3所述的齒輪式壓縮機(2)，其特徵在於，所述壓縮機驅動軸(40，66)與所述行星齒輪傳動機構(14)的行星架(52)剛性地連接。
5.根據權利要求2至4之一所述的齒輪式壓縮機(2)，其特徵在於，所述第一過程級(4)與所述行星齒輪傳動機構(14)的齒圈(56)剛性地連接。
6.根據權利要求2至5之一所述的齒輪式壓縮機(2)，其特徵在於，所述行星齒輪傳動機構(14)的所述齒圈(56)與所述傳動機構(12)的正齒輪傳動機構(16)的正齒輪齒部剛性地連接。
7.根據權利要求6所述的齒輪式壓縮機(2)，其特徵在於，所述第二過程級(8)與所述正齒輪傳動機構(16)的小齒輪軸(64)剛性地連接。
8.根據上述權利要求之一所述的齒輪式壓縮機(2)，其特徵在於，所述傳動機構(12)包含具有大齒輪(60 )的正齒輪傳動機構，其中所述第一過程級(4 )與所述大齒輪(60 )對稱地設置。
9.根據權利要求8所述的齒輪式壓縮機(2)，其特徵在於，所述第一過程級(4)與所述大齒輪(60)剛性地耦聯。
10.根據上述權利要求之一所述的齒輪式壓縮機(2)，其特徵在於，所述第一過程級(4)是軸流式壓縮機級，並且所述第二過程級(8)是徑流式壓縮機級。
11.根據上述權利要求之一所述的齒輪式壓縮機(2)，其特徵在於，存在彼此並行使用的多個第二過程級(8)，所述第二過程級分別具有分離的驅動軸。
12.根據上述權利要求之一所述的齒輪式壓縮機(2)，其特徵在於，所述第二過程級(8)的吸入側與所述第一過程級(4)的壓力側連接。
全文摘要
本發明基於一種多級齒輪式壓縮機，其具有第一過程級(4)、第二過程級(8)和傳動機構(12)，具有不同轉速的兩個過程級(4，8)經由所述傳動機構彼此耦聯。當傳動機構(12)將具有第三轉速的壓縮機驅動軸(40，66)與兩個過程級(4，8)耦聯時，能夠實現齒輪式壓縮機(2)的高效率，所述第三轉速不同於過程級(4，8)的轉速。
文檔編號F04D13/02GK102893032SQ201180023717
公開日2013年1月23日 申請日期2011年5月10日 優先權日2010年5月11日
發明者迪特爾·納斯, 拉爾斯·施呂特 申請人:西門子公司