Vorrichtung zum Verdichten eines Prozessgases

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdichten eines Prozessgases.

[0002] Vorrichtungen zum Verdichten von Prozessgasen sind bekannt. So offenbart bspw. die WO 2009/034006 eine Verdichtereinheit bestehend aus einem Antriebsmotor und einem ein- oder mehrstufigen Turboverdichter, wobei der Antriebsmotor und der Verdichter in einem nach außen gasdichten Gehäuse angeordnet sind. Da der Bereich des integrierten Antriebsmotors mindestens dem gleichen Druck wie der Ansaugbereich des Verdichters ausgesetzt ist, ist zur Vermeidung von durch erhöhte Gasdichte im Antriebsmotor entstehenden nachteiligen Auswirkungen zwischen dem Bereich des Antriebsmotors und des Verdichters eine Dichtung angeordnet. Darüber hinaus ist eine zusätzliche Verdichtereinheit vorgesehen, die das in den Bereich des Antriebsmotors strömende Gas zurück in den Bereich des Verdichters fördert. Derartige Verdichtereinheiten werden insbesondere bei der Verdichtung von Erdgas eingesetzt.

[0003] Ein Verdichter ähnlichen Typs ist aus der DE 200 11 217 U1 bekannt. Der dort beschriebene Verdichter ist ebenfalls in einem nach außen gasdichten Gehäuse gemeinsam mit dem Antriebsmotor angeordnet. Zwischen Verdichter und Antriebsmotor ist eine Dichtung vorgesehen, die soweit durchlässig ist, um Prozessgas, das nach der ersten Verdichterstufe entnommen und zur Kühlung in den Antriebsmotor eingeleitet wird, wieder in den Verdichterbereich durchzulassen.

[0004] Aus der EP 1 577 561 A1 ist ein Rotationskompressor mit einem aufwendigen doppelten Dichtgaskreislauf bekannt, bei dem dem Kompressor Prozessgas entnommen und über die beiden Dichtgaskreisläufe zusammen mit einem weiteren Dichtungs- oder Puffergas den zwischen den beiden Wellenlagern der Antriebswelle und dem Kompressor angeordneten aufwendigen Labyrinth-Gasdichtungen zugeführt wird. Aus den Gasdichtungen entweichendes Gas wird abgeführt, entweder in die Atmosphäre oder zu einer Fackel. Auch dieser Kompressor wird zur Erdgasverdichtung eingesetzt.

[0005] Ein weiterer Kompressor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist bspw. aus der FR 2 528 127 bekannt (nächstliegender Stand der Technik).

[0006] Die bekannten Kompressoren sind nicht in Bereichen einsetzbar, in denen es auf eine hohe Reinheit des Prozessgases ankommt und das Prozessgas zur Vermeidung von Verunreinigungen somit auf keinen Fall mit dem Inneren des Motorbereichs in Kontakt gelangen darf.

[0007] Um einen gewünschten hohen Wirkungsgrad und eine hohe Energieeffizienz zu erzielen sowie auch kleine Fördermengen bei hohen Drücken zu verdichten, werden Hochleistungsantriebe mit magnetgelagerten Wellen verwendet, die mit sehr hohen Drehzahlen arbeiten. Bei Verwendung angepasster Laufrad-Durchmesser der Verdichter sind Umdrehungen von 60.000 bis 80.000 U/min möglich. Ein derartiger Antrieb unterliegt jedoch hohen Betriebsanforderungen, insb. dahingehend, dass das Innere des Motorgehäuses stabilen Druck-/Temperaturverhältnissen unterliegen muss und keine lagerbelastenden Fremdpartikel eindringen dürfen. So dürfen z.B. bei einer Verdichtung von Feinstpartikel aus bzw. mit Silicium enthaltenden Prozessgases keine derartigen Siliciumpartikel in den Motorraum eindringen, da diese eine Beschädigung der Wellenlager verursachen könnten. Auch muss ein Druckanstieg im Motorraum vermieden werden, und insbesondere muss vermieden werden, dass die Betriebsbedingungen im Motorraum einen für das im Motorraum befindliche Gas transkritischen Zustand annehmen.

[0008] Darüber hinaus ist es auch stets ein Bestreben, einen Prozessgasschwund zu minimieren, insbesondere bei der Verarbeitung wertvoller und hochreiner Gase.

[0009] Die Verwendung bekannter Dichtungen wie Feststoffdichtungen und Fremdgasfluiddichtungen scheidet aus, da diese stets mit Verunreinigungen des Prozessgases und damit einhergehenden Reinigung oder Verlust verbunden sind.

[0010] Es ist daher ein Anliegen, einerseits eine Kontaminierung des Prozessgases mit Partikeln aus dem Motorraum zu vermeiden, und andererseits eine Beeinträchtigung der Betriebsbedingungen (Druck, Temperatur, Fremdpartikel) im Motorraum durch Prozessgas zu unterbinden.

[0011] Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Verdichten eines Prozessgases mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

[0012] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines Prozessgases (im folgenden kurz Verdichtungsvorrichtung genannte) umfasst mindestens eine Verdichtereinheit sowie einen in einem Motorgehäuse angeordneten Antriebsmotor. Der Antriebsmotor weist eine Antriebswelle zum Antreiben der mindestens einen Verdichtereinheit aufweist. Des weiteren ist erfindungsgemäß eine sogenannte gasdynamische Barriere vorgesehen, die im Bereich der Antriebswelle zwischen der Verdichtereinheit und dem Motorgehäuse angeordnet ist. Unter gasdynamischer Barriere ist eine Anordnung zu verstehen, die zur Vermeidung von Eindringen von Prozessgas in das Motorgehäuse eine unter Ausnutzung der spezifischen Gasdynamik der Verdichtungsvorrichtung erzeugte Barriere oder Schwelle für das an einem Antriebswellendurchtritt aus dem Verdichtergehäuse durchtretende Prozessgas darstellt. Die gasdynamische Barriere ist eine aus einem spezifischen Druckprofil bestehende Gasbarriere, wobei das Druckprofil den sogenannten P-N-P-Effekt nutzt, d.h. in der Mitte der Barriereanordnung herrscht der niedrigste Druck. Auf die erfindungsgemäße Verdichtungsvorrichtung übertragen bedeutet dies, dass zwischen dem Verdichtergehäuse und dem Motorgehäuse zwei Zonen vorzusehen sind, von denen die zum Verdichtergehäuse weisende (verdichterseitige) Zone einen höheren Druck aufweist als die zum Motorgehäuse weisende (antriebseitige) Zone, die wiederum einen niedrigeren Druck aufweist, als in dem Motorgehäuse herrscht.

[0013] Die gasdynamische Barriere der Erfindung dient somit zur Vermeidung eines Durchtritts von Prozessgas in das Motorgehäuse (32). Hierzu umfasst die gasdynamische Barriere zwei Zonen (41, 43), nämlich eine zu dem Verdichtergehäuse weisende erste Zone (verdichterseitige oder laufradseitige Zone) mit einem Druck, der höher ist als ein Druck einer zu dem Motorgehäuse weisenden zweiten Zone (antriebseitige oder lagerseitige Zone), deren Druck wiederum kleiner ist als ein Druck in dem Motorgehäuse.

[0014] Die Bildung der Zonen kann durch geeignete Maßnahmen erfolgen, bspw. mittels Gasdrosseleinrichtungen o. dgl., die eine Drosselung bzw. Minderung des Gasflusses entlang der Antriebswelle bewirken. Zwischen den Gasdrosseleinrichtungen o. d.gl. entstehen die entsprechenden Zonen (oder auch Kammern). Die Gasdrosseleinrichtungen o. dgl. Können ringförmig um die Antriebswelle angeordnet sein.

[0015] Die Druckfestlegung in der verdichterseitigen ersten Zone bzw. Kammer kann durch Verbinden mit einer Druckausgleichsleitung erfolgen, die das Druckniveau der ersten Zone auf das Niveau eines stromaufwärts einer Ansaugöffnung der Verdichtereinheit herrschenden Prozessgas-Druckes bringt. Die Druckfestlegung in der antriebseitigen zweiten Zone bzw. Kammer kann durch Verbinden mit einer Absaugvorrichtung erfolgen, die das Druckniveau der zweiten Zone auf ein Druckniveau bringt, das etwas unter dem Druckniveau im Innern des Motorgehäuses liegt.

[0016] Die Verdichtungsvorrichtung der Erfindung kann zwei Verdichtereinheiten umfassen. Diese können in Reihe geschaltet sein. Sie können an einem gleichen Ende der Antriebswelle oder jeweils an den gegenüberliegenden Enden der Antriebswelle angeordnet sein. Jeder Verdichtereinheit ist eine erfindungsgemäße gasdynamische Barriere zugeordnet. Die verdichterseitigen Kammern der beiden gasdynamischen Barrieren können (über eine gemeinsame Leitung) miteinander verbunden sein. Die antriebseitigen Kammern der beiden gasdynamischen Barrieren können (über eine gemeinsame Leitung) miteinander verbunden sein.

[0017] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

[0018] Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

[0019] Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Figur 1

zeigt in schematischer Blockbilddarstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines Prozessgases.

Figur 2

zeigt in vergrößertem Ausschnitt eine erfindungsgemäße gasdynamische Barriere der Vorrichtung zum Verdichten eines Prozessgases der Figur 1.

Figur 1 zeigt in schematischer Blockbilddarstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines Prozessgases, im folgenden kurz Verdichtungsvorrichtung 10 genannt.

[0020] Die Verdichtungsvorrichtung 10 umfasst eine erste Verdichtereinheit 12.1 mit einem in einem Gehäuse 14.1 angeordneten Laufrad 16.1. Die Verdichtungsvorrichtung 10 umfasst des weiteren eine zweite Verdichtereinheit 12.2, die ebenfalls ein in einem Gehäuse 14.2 angeordnetes Laufrad 16.2 aufweist.

[0021] Die beiden Verdichtereinheiten 12.1 und 12.2 sind derart angeordnet, dass zwischen ihnen ein in einem hermetisch oder halbhermetisch gasdichten Motorgehäuse 32 angeordneter Antriebsmotor 30 zu liegen kommt. Der Antriebsmotor 30 treibt eine Welle 36 an, die mittels Lagern 34 drehgelagert ist. Der Antriebsmotor ist von im wesentlichen bekannter Bauweise und aus diesem Grunde lediglich stark schematisch dargestellt. Die Lager 34 sind bspw. radiale Magnetlager.

[0022] Ein erstes Ende 36.1 der Welle 36 ist antriebsfest mit dem Laufrad 16.1 der ersten Verdichtereinheit 12.1 verbunden, und ein zweites Ende 36.2 der Welle 36 ist antriebsfest mit dem Laufrad 16.2 der zweiten Verdichtereinheit 12.2 verbunden.

[0023] Die beiden Verdichtereinheiten 12.1, 12.2 sind im Sinne einer zweistufigen Verdichtung miteinander in Reihe geschaltet, d.h. über eine Zufuhr- bzw. Speiseleitung L1 einer Ansaugöffnung 18.1 der ersten Verdichtereinheit 12.1 zugeführtes Prozessgas wird nach dem erststufigen Verdichten über eine an eine Austrittsöffnung 20.1 der ersten Verdichtereinheit 12.1 angeschlossene Verbindungsleitung L2 einer Ansaugöffnung 18.2 der zweiten Verdichtereinheit 12.2 für das zweitstufige Verdichten zugeführt.

[0024] Im Bereich des Übertritts zwischen dem Motorgehäuse 32 und den Gehäusen 14.1., 14.2 der beiden Verdichtereinheiten 12.1, 12.2 ist erfindungsgemäß jeweils eine sogenannte gasdynamische Barriere GB.1, GB.2 vorgesehen. Eine erste gasdynamische Barriere GB.1 ist zwischen dem Motorgehäuse 32 und dem Gehäuse 14.1 der ersten Verdichtereinheit 12.1 im Bereich des ersten Endes 36.1 der Welle 36 angeordnet, und die zweite gasdynamische Barriere GB.2 ist zwischen dem Motorgehäuse 32 und dem Gehäuse 14.2 der zweiten Verdichtereinheit 12.2 im Bereich des zweiten Endes 36.2 der Welle 36 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die gasdynamischen Barrieren GB.1 und GB.2 jeweils in einem Wellenmantelgehäuse 38.1 bzw. 38.2 angeordnet, das der Ummantelung der Antriebswelle 36 im Bereich zwischen Motorgehäuse 32 und Verdichtergehäuse 14 dient.

[0025] Jede der gasdynamischen Barrieren GB.1, GB.2 umfasst drei um die Welle 36 in deren Endbereichen 36.1, 36.2 angeordnete Gasdrosseleinrichtungen 40, 42, 44 (zur besseren Erkennbarkeit in Figur 2 im Ausschnitt vergrößert für die erste gasdynamische Barriere GB.1). Der Aufbau der gasdynamischen Barriere ist am Beispiel einer Barriere erläutert. Für die beiden in der Verdichtungsvorrichtung 10 der Figur 1 verwendeten, spiegelsymmetrisch angeordneten gasdynamischen Barrieren GB.1 und GB.2 sind jeweils die verwendeten Bezugszeichen mit dem Suffix ".1" bzw. ".2" versehen.

[0026] Die Gasdrosseleinrichtungen 40, 42, 44 definieren jeweils paarweise zwischen benachbarten Gasdrosseleinrichtungen 40, 42, und 42, 44 liegende Kammern 41 und 43. Die in Richtung des Laufrads 16 angeordnete Gasdrosseleinrichtung 40 (verdichterseitige bzw. laufradseitige Gasdrosseleinrichtung) bildet mit der ihr benachbarten mittigen Drosseleinrichtung 42 eine erste, laufradseitige Kammer 41. Die in Richtung des Antriebsmotors 30 und dessen Wellenlager 34 angeordnete Gasdrosseleinrichtung 44 (lagerseitige bzw. antriebseitige Gasdrosseleinrichtung) bildet mit der mittigen Drosseleinrichtung 42 eine zweite, lagerseitige Kammer 43. Die Kammern 41, 43 sind stark schematisch dargestellt und sind in der Praxis so ausgeführt, dass durch eine Gasdrosseleinrichtung gelangtes Prozessgas in der Kammer gesammelt und abgeführt werden kann. Hierzu ist der ersten, laufradseitigen Kammer 41 eine erste Abführleitung L4 zugeordnet, und der zweiten, lagerseitigen Kammer 43 eine zweite Abführleitung L5 zugeordnet. Bei der ersten Abführleitung L4 handelt es sich - wie nachstehend noch beschrieben - um eine Druckausgleichsleitung. Bei der zweiten Abführleitung L5 handelt es sich - wie ebenfalls nachstehend beschrieben - um eine Absaugleitung.

[0027] Die beiden ersten Abführleitungen L4.1 und L4.2 der laufradseitigen Kammern 41.1, 41.2 der beiden gasdynamischen Barrieren GB.1 und GB.2 werden zu einer Rückführleitung L4 zusammengeführt, die in die Zuführleitung L1 zu der ersten Verdichtereinheit 12.1 im Bereich vor der Ansaugung führt.

[0028] Die beiden zweiten Abführleitungen L5.1 und L5.2 der zweiten Kammern 43.1, 43.2 der beiden gasdynamischen Barrieren GB.1 und GB.2 werden über eine Absaugvorrichtung 50 zu einer gemeinsamen Abführleitung L5 zusammengeführt, die in einen Bereich vor der Ansaugöffnung 18.1 der ersten Verdichtereinheit 12.1 führt, der eine geeignete Stelle zur Rückführung des Prozessgases in den Verdichtungsprozess darstellt. Eine geeignete Stelle bestimmt der Fachmann nach den Druckverhältnissen. Es handelt sich um eine Stelle, die in der Regel relativ weit von dem Ansaugbereich der ersten Verdichtereinheit entfernt ist und an der ein Druck herrscht, der in der Größenordnung des Druckes liegt, der durch die Absaugvorrichtung 50 bereitgestellt wird. In der Darstellung der Figur 1 ist diese Rückführung am Ende der Rückführleitung L5 gestrichelt und verzweigt dargestellt, um zu veranschaulichen, dass der Fachmann hier eine Auswahl zwischen mehreren prozessgegebenen Möglichkeiten hat.

[0029] Im Betrieb der erfindungsgemäßen Verdichtungsvorrichtung herrscht in der Zuführleitung L1 zu dem Ansaugstutzen 18.1 der ersten Verdichtereinheit 12.1 ein erster Druck P1. Im Bereich der Ansaugung vor dem Laufrad 16.1 in dem Gehäuse 14.1 der ersten Verdichtereinheit 12.1 herrscht ein zweiter Druck (Ansaugdruck) P2, der leicht über dem ersten Druck P1 liegt oder gleich dem ersten Druck P1 ist. Nach der Verdichtung der ersten Verdichterstufe in der ersten Verdichtereinheit 12.1 unterliegt das Prozessgas im Bereich der Auslassöffnung 20.1 der ersten Verdichtereinheit 12.1 einem dritten Druck P3, der über die Verbindungsleitung L2 auch an dem Ansaugstutzen 18.2 der zweiten Verdichtereinheit 12.2 anliegt. Nach der Verdichtung der zweiten Verdichterstufe unterliegt das Prozessgas an dem Ausgang 20.2 der zweiten Verdichtereinheit 12.2 einem Zieldruck P4.

[0030] Es gilt somit: P4 > P3 > P2 ≥ P1 (wobei P2 nur wenig größer als P1 ist).

[0031] Die zwischen der ersten, laufradseitigen Kammer 41 jeder gasdynamischen Barriere und der Zuführleitung L1 angebrachte Druckausgleichsleitung L4 bewirkt, dass in jeder laufradseitigen Kammer 41.1 und 41.2 jeweils der Druck P1 anliegt. Das Prinzip besteht also darin, von der laufradseitigen Kammer jeder gasdynamischen Barriere eine Druckausgleichsleitung zu einem niedrigsten Druckniveau der regulär prozessgasführenden Bereiche der Gesamtvorrichtung zu legen. Diese "Gasleckage" kann nach Zuführung in die Leitung L1 wieder dem eigentlichen Prozessgas zugeführt werden. Dies kann - wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt - in einen Bereich stromaufwärts des Ansaugbereiches der ersten Verdichtereinheit, aber auch an jeder anderen (von den Druckverhältnissen her) geeigneten Stelle erfolgen. In der Darstellung des Figur 1 ist an der Stelle der Rückführung des Prozessgases in die Leitung L1 eine Leitungsverengung angedeutet. Diese Verengung kann sich als vorteilhaft erweisen, um nach Bernoulli eine Geschwindigkeitserhöhung in diesem Leitungsbereich zur Verbesserung des Effektes des Druckausgleichs und Prozessgasrückführung zu erzielen.

[0032] In der laufradseitigen ersten Kammer 41 entsteht somit ein Druckniveau P1, das wesentlich geringer ist, als der Prozessdruck P3 bzw. P4 an dem zugeordneten Laufrad im Bereich der Wellenenden 36.1, 36.2. (Der Druck an der Rückseite des Laufrades der Verdichtereinheit, also im Bereich des Wellenendes 36.1 bzw. 36.2 der Antriebswelle 36, liegt in der Regel zwischen den beiden Drücken im Ansaugbereich und im Austrittsbereich (Druckpaare P2, P3 im ersten Verdichter bzw. P3, P4 im zweiten Verdichter) und ist somit auf jeden Fall höher als der Druck P1 in der laufradseitigen ersten Kammer.)

[0033] Die Drosselung mittels der Gasdrosseleinrichtungen 40.1, 42.1, 44.1 sowie 40.2, 42.2, 44.2 kann berührungslos ausgeführt sein. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme stellt sich an jedem Wellenende 36.1 und 36.2 der gleiche Druck P1 ein, auch wenn beiden Wellenenden eine separate Verdichtereinheit zugeordnet ist. Dadurch wird ein Durchströmen der Antriebseinheit mit Prozessgas verhindert.

[0034] Mit der dritten, antriebseitigen Gasdrosseleinrichtung 44.1, 44.2 und der dadurch erzeugten antriebseitigen zweiten Kammer 43.1 bzw. 43.2 wird darüber hinaus erreicht, dass in dem Gehäuse 32 des Antriebsmotors 3 die Betriebsbedingungen stabil gehalten werden, d.h. es wird erreicht, dass kein hoher Druck, keine hohe Temperatur und keine Prozesspartikel im Antriebsbereich auftreten können und somit der Betrieb der Antriebseinheit mit sehr hohen Drehzahlen gewährleistet ist.

[0035] Hierzu wird erfindungsgemäß eine Absaugung der antriebseitigen Kammern 43.1, 43.2 mittels der Absaugvorrichtung 50 vorgesehen. Als Absaugvorrichtung 50 kann jede bekannte hermetisch dichte Absaugvorrichtung verwendet werden, wie bspw. eine Membranpumpe.

[0036] Abhängig von der Absaugleistung bzw. der Einstellung der Absaugvorrichtung 50 stellt sich ein (einstellbares) Druckniveau PM' in der lagerseitigen Kammer 43 ein, das leicht unter dem in der Antriebseinheit selbst herrschenden Druckniveau PM liegt. Die abgesaugte Gasmenge kann (über die Leitung L5) an einer anderen günstigen Stelle dem Verdichtungsprozess wieder zugeführt werden. Es gilt somit: PM' < PM « P1`. Das Verhältnis zwischen P1` und P1 hängt im Endeffekt von der gewählten Absaugleistung ab und davon, an welcher Stelle die Rückführleitung L5 in den Prozess wieder eingeführt wird. P1' kann somit größer oder kleiner P1 sein, ist aber stets größer als PM. Wird - wie in der Figur angedeutet - die Rückführleitung in einen Bereich mit Druck P1 geführt, dann ist P1` > P1. Außerdem gilt entsprechend der Einstellung der Absaugung: PM > P0 (P0: Umgebungsdruck, ca. 1 bar).

[0037] Typische Größenordnungen für die angegebenen Drücke in dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind bspw. ca. 29 bis 30 bar für P1, 30 bar für P2, 70 bar für P3, 140 bar für P4 sowie 1,5 bar für PM, 1,3 bar für PM' und 27,1 bar für P1'. Es ist jedoch zu betonen, dass diese Druckangaben lediglich ein mögliches Ausführungsbeispiel betreffen und ausschließlich zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Erfindung dienen. Der Fachmann kann die Erfindung je nach Anwendungsgebiet mit anderen Druckverhältnissen umsetzen. Lediglich die Rangfolge der Druckverhältnisse ist maßgeblich.

[0038] Vor Prozessbeginn, d.h. vor dem Starten des Antriebsmotors 30 und der Welle 36, sollten die gasdynamischen Barrieren GB.1, GB.2 bereits aktiviert sind, d.h. insbesondere die Absaugvorrichtung 50 sollte eingeschaltet sein. Auch nach Beendigung des Verdichtungsprozesses sollte ein Nachlauf der gasdynamischen Barrieren vorgesehen sein. Dadurch wird ein korrektes Funktionieren der gasdynamischen Barrieren gewährleistet. Insbesondere wird gewährleistet, dass nicht aufgrund eines falschen Druckprofils in den gasdynamischen Barrieren Prozessgas in den Motorbereich gelangt, oder Gase/Luft mit Partikeln aus dem Motorbereich in den Verdichterbereich gelangen.

Ansprüche

1. vorrichtung zum Verdichten eines Prozessgases (10), mit

- mindestens einer Verdichtereinheit (12.1, 12.2) in einem Verdichtergehäuse (14.1, 14.2),

- einem in einem Motorgehäuse (32) angeordneten Antriebsmotor (30), der eine Antriebswelle (36) zum Antreiben der mindestens einen Verdichtereinheit (12.1, 12.2) aufweist, und

- einer im Bereich der Antriebswelle (36) zwischen dem Verdichtergehäuse (14.1, 14.2) und dem Motorgehäuse (32) angeordneten gasdynamischen Barriere (GB),

dadurch gekennzeichnet, dass die gasdynamische Barriere (GB) zur Vermeidung eines Durchtritts von Prozessgas in das Motorgehäuse (32) zwei kammern (41.1, 41.2, 43.1, 43.2) umfasst, nämlich eine zu dem Verdichtergehäuse weisende erste kammer (41.1, 41.2) mit, einem Druck (P1), der höher ist als ein Druck (PM') einer zu dem Motorgehäuse (32) weisenden zweiten kammer (43.1, 43.2), deren Druck (PM') wiederum kleiner ist als ein Druck (PM) in dem Motorgehäuse.

2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, in der die erste und die zweite kammer mittels Gasdrosseleinrichtungen (40.1, 40.2, 42.1, 42.2, 44.1, 44.2) gebildete Kammern (41.1, 41.2, 43.1, 43.2) sind.

3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, in der eine Druckausgleichsleitung (L4) vorgesehen ist, um die erste kammer (41.1, 41.2) auf das Niveau eines stromaufwärts einer Ansaugöffnung (18.1) der Verdichtereinheit (12.1) herrschenden Prozessgas-Druckes (P1) zu bringen.

4. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in der eine Absaugvorrichtung (50) vorgesehen ist, um die zweite kammer (43.1, 43.2) auf ein Druckniveau (PM') zu bringen, das etwas unter dem in dem Motorgehäuse (32) herrschenden Druck (PM) liegt.

5. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, in der die Gasdrosseleinrichtungen (40.1, 40.2, 42.1, 42.2), 44.1, 44.2) um die Antriebswelle (36) im Bereich zwischen Verdichtergehäuse (14.1, 14.2) und Motorgehäuse (32) angeordnet sind.

6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, in der die Gasdrosseleinrichtungen (40.1, 40.2, 42.1, 42.2, 44.1, 44.2) ringförmig um die Antriebswelle (36) angeordnet sind.

7. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in der die gasdynamische Barriere (GB) in einem Wellenmantelgehäuse (38) angeordnet ist.

8. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die zwei Verdichtereinheiten (12.1, 12.2) mit jeweils zugeordneter gasdynamischer Barriere (GB.1, GB.2) aufweist.

9. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, bei der eine erste Verdichtereinheit (12.1) an einem ersten Wellenende (36.1) der Antriebswelle (36) und eine zweite Verdichtereinheit (12.2) an einem zweiten Wellenende (36.2) der Antriebswelle (36) angeordnet ist.

10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, bei der die zwei Verdichtereinheiten (12.1, 12.2) in Reihe geschaltet sind.

11. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der eine Rückführung von Prozessgas aus der ersten kammer (41.1, 41.2) und/oder aus der zweiten kammer (43.1, 43.2) an eine geeignete Stelle erfolgt.

12. Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, bei der eine Rückführung von Prozessgas aus der ersten kammer (41.1, 41.2) über die Druckausgleichsleitung (L4) erfohgt.

13. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der eine Aktivierung der gasdynamischen Barriere (GB) vor Inbetriebnahme der mindestens einen Verdichtereinheit (12.1, 12.2) erfolgt und/oder eine Inaktivierung der gasdynamischen Barriere (GB) erst nach einer Plachlaufzeit nach Abschalten der mindestens einen Verdichtereinheit (12.1, 12.2) erfolgt.

14. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zum Verdichten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, in dem die gasdynamische Barriere (GB) vor Inbetriebnahme der mindestens einen Verdichtereinheit (12.1, 12.2) aktiviert wird, und/oder in dem die gasdynamische Barriere (GB) erst nach einer Nachlaufzeit nach Abschalten der mindestens einen Verdichtereinheit (12.1, 12.2) inaktiviert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, in dem das Aktivieren und Inaktivieren durch Einschalten bzw. Ausschalten einer der zweiten kammer (43.1, 43.2) der gasdynamischen Barriere (GB) zugeordneten Absaugvorrichtung (50) erfolgt.

Claims

1. An apparatus for compressing a process gas (10), comprising

- at least one compressor unit (12.1, 12.2) in a compressor housing (14.1, 14.2);

- a driving motor (30) arranged in a motor housing (32), comprising a driving shaft (36) for driving the at least one compressor unit (12.1, 12.2); and

- a gas-dynamic barrier (GB) arranged in the region of the driving shaft (36) between the compressor housing (14.1, 14.2) and the motor housing (32);

characterized in that, in order to prevent a passage of process gas into the motor housing (32), the gas-dynamic barrier (GB) comprises two chambers (41.1, 41.2, 43.1, 43.2), that is, a first chamber (41.1, 41.2) facing to the compressor housing and having a pressure (P1) which is higher than a pressure (PM') of a second chamber (43.1, 43.2) facing to the motor housing (32), the pressure (PM') of which is in turn smaller than a pressure (PM) in the motor housing.

2. The apparatus (10) according to claim 1, in which the first and the second chamber (41.1, 41.2, 43.1, 43.2) are chambers (41.1, 41.2, 43.1, 43.2) formed by means of gas throttling means (40.1, 40.2, 42.1, 42.2, 44.1, 44.2).

3. The apparatus (10) according to claim 1 or 2, in which a pressure equalization or compensation conduit (L4) is provided in order to bring the first chamber (41.1, 41.2) to the level of a process gas pressure (P1) prevailing upstream of an aspirating part (18.1) of the compressor unit (12.1).

4. The apparatus (10) according to any one of claims 1 to 3, in which a suction apparatus (15) is provided in order to bring the second chamber (43.1, 43.2) to a pressure level (PM') which is slightly below the pressure (PM) prevailing in the motor housing (32).

5. The apparatus (10) according to any one of claims 2 to 4, in which the gas throttling means (40.1, 40.2, 42.1, 42.2, 44.1, 44.2) are arranged around the driving shaft (36) in the region between the compressor housing (14.1, 14.2) and the motor housing (32).

6. The apparatus (10) according to claim 5, in which the gas throttling means (40.1, 40.2, 42.1, 42.2, 44.1, 44.2) are arranged annularly around the driving shaft (36).

7. The apparatus (10) according to any one of claims 1 to 6, in which the gas-dynamic barrier (GB) is arranged in a shaft shell housing (38).

8. The apparatus (10) according to any one of claims 1 to 6, comprising two compressor units (12.1, 12.2) each having an associated gas-dynamic barrier (GB.1, GB.2).

9. The apparatus (10) according to claim 8, in which a first compressor unit (12.1) is arranged at a first shaft end (36.1) of the driving shaft (36) and a second compressor (12.2) is arranged at a second shaft end (36.2) of the driving shaft (36).

10. The apparatus (10) according to claim 8 or 9, in which both the compressor units (12.1, 12.2) are serially connected.

11. The apparatus (10) according to any one of claims 1 to 10, in which a recirculation of process gas from the first chamber (41.1, 41.2) and/or from the second chamber (43.1, 43.2) is performed at an appropriate location.

12. The apparatus (10) according to claim 3, in which recirculation of process gas from the first chamber (41.1, 41.2) is performed via the pressure equalization conduit (L4).

13. The apparatus (10) according to any one of claims 1 to 12, in which an activation of the gas-dynamic barrier (GB) is performed before starting the at least one compressor unit (12.1, 12.2), and/or a deactivation of the gas-dynamic barrier (GB) is performed not until a follow-up time has elapsed after turning off the at least one compressor unit (12.1, 12.2).

14. A method for operating a compressing apparatus (10) according to any one of claims 1 to 13, in which the gas-dynamic barrier (GB) is activated before starting the at least one compressor unit (12.1, 12.2), and/or in which the gas-dynamic barrier is deactivated not until a follow-up time has elapsed after turning off the at least one compressor unit (12.1, 12.2).

15. The method according to claim 14, in which the activation and deactivation are performed by turning on and turning off, respectively, a suction apparatus (50) associated to the second chamber (43.1, 43.2) of the gas-dynamic barrier (GB).

Revendications

1. Appareil pour comprimer un gaz de procédé (10), comprenant

- au moins une unité de compression (12.1, 12.2) dans un boîtier de compresseur (14.1, 14.2);

- un moteur d'entraînement (30) agencé dans un carter moteur (32), qui comporte un arbre d'entraînement (36) pour entraîner ladite au moins une unité de compression (12.1, 12.2); et

- une barrière dynamique vis-à-vis des gaz (GB) agencée dans la région de l'arbre d'entraînement (36) entre le boîtier de compresseur (14.1, 14.2) et le carter moteur (32); caractérisé en ce que la barrière dynamique vis-à-vis des gaz (GB), pour éviter une traversée du gaz de procédé vers le carter moteur (32), comprend deux chambres (41.1, 41.2, 43.1, 43.2), à savoir une première chambre (41.1, 41.2) tournée vers le boîtier de compresseur avec une pression (P1) qui est plus élevée qu'une pression (PM') d'une seconde chambre (43.1, 43.2) tournée vers le carter moteur (32), dont la pression (PM') est à nouveau inférieure à une pression (PM) dans le carter moteur.

2. Appareil (10) selon la revendication 1, dans lequel la première et la seconde chambre sont des chambres (41.1, 41.2, 43.1, 43.2) formées au moyen de systèmes d'étranglement de gaz (40.1, 40.2, 42.1, 42.2, 44.1, 44.2).

3. Appareil (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel il est prévu un conduit de compensation de pression (L4) afin d'amener la première chambre (41.1, 41.2) au niveau d'une pression (P1) du gaz de procédé qui règne en amont d'une ouverture d'aspiration (18.1) de l'unité de compression (12.1).

4. Appareil (10) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel il est prévu un dispositif d'aspiration (50) afin d'amener la seconde chambre (43.1, 43.2) à un niveau de pression (PM') qui se trouve quelque peu plus bas que la pression (PM) qui règne dans le carter moteur (32).

5. Appareil (10) selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel les systèmes d'étranglement de gaz (40.1, 40.2, 42.1, 42.2, 44.1, 44.2) sont agencés autour de l'arbre d'entraînement (36) dans la région entre le boîtier de compresseur (14.1, 14.2) et le carter moteur (32).

6. Appareil (10) selon la revendication 5, dans lequel les systèmes d'étranglement de gaz (40.1, 40.2, 42.1, 42.2, 44.1, 44.2) sont agencés en formant un anneau autour de l'arbre d'entraînement (36).

7. Appareil (10) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la barrière dynamique vis-à-vis des gaz (GB) est agencée dans un boîtier (38) qui enveloppe l'arbre.

8. Appareil (10) selon l'une des revendications 1 à 4, qui comporte deux unités de compresseur (12.1, 12.2) avec des barrières dynamiques vis-à-vis des gaz (GB.1, GB.2).

9. Appareil (10) selon la revendication 8, dans lequel une première unité de compresseur (12.1) est agencée à une première extrémité (36.1) de l'arbre d'entraînement (36) et une seconde unité de compresseur (12.2) est agencée à une seconde extrémité (36.2) de l'arbre d'entraînement (36).

10. Appareil (10) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel les deux unités de compresseur (12.1, 12.2) sont branchées en série.

11. Appareil (10) selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel se produit un recyclage du gaz de procédé provenant de la première chambre (41.1, 41.2) et/ou de la seconde chambre (43.1, 43.2) à un emplacement approprié.

12. Appareil (10) selon la revendication 3, dans lequel un recyclage du gaz de procédé provenant de la première chambre (41.1, 41.2) se produit via la conduite de compensation de pression (L4).

13. Appareil (10) selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel une activation de la barrière dynamique vis-à-vis des gaz (GB) a lieu avant mise en service de ladite au moins une unité de compression (12.1, 12.2), et/ou en ce qu'une désactivation de la barrière dynamique vis-à-vis des gaz (GB) a lieu uniquement après un temps de latence après coupure de ladite au moins une unité de compression (12.1, 12.2).

14. Procédé pour le fonctionnement d'un appareil pour comprimer (10) selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel la barrière dynamique vis-à-vis des gaz (GB) est activée avant la mise en service de ladite au moins une unité de compression (12.1, 12.2), et/ou en ce que la barrière dynamique vis-à-vis des gaz (GB) est désactivée uniquement après un temps de latence après coupure de ladite au moins une unité de compression (12.1, 12.2).

15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l'activation et la désactivation ont lieu par enclenchement ou coupure d'un dispositif d'aspiration (50) associé à la seconde chambre (43.1, 43.2) de la barrière dynamique vis-à-vis des gaz (GB).

Zeichnung