运行压缩机装置的方法和压缩机装置的制作方法

专利名称：运行压缩机装置的方法和压缩机装置的制作方法
运行压缩机装置的方法和压缩机装置
本发明涉及一种运行压缩机装置、尤其是管线压缩机站的方法， 所述压缩机装置具有至少一个涡轮机和至少一个压缩机。除此之外， 本发明还涉及一种用来实施按本发明的方法的压缩机装置。
在原材料越来越减少的情况下和在危险的气候变化的阴影中，能 量转换机器的最紧迫的任务是保护紧缺的资源和限制排放、尤其是影 响气候的气体的排放。为了不是仅仅停留于道德的呼吁，作为对京都 协议的决定的反应，在欧洲实行了所谓C02许可，它增加了人们对于 减少所谓没室气体排放的经济方面的兴趣。这种动力也越来越遍及到 较小和特殊的单位和团体。
与前面所述的问题相似的任务是借助管线网来分配天然气，这在 互连特性中对于不规则地分布的用户而言是特别难于运行的。在互连 网的不同位置上，合同确定了必须提供的压力范围和标准立方米的气 体量，必须在一定的时间段里可供使用。气体需求在这里在这些用户 站处是变化的，因此输送量常常会达到技术限制，并且阻止其达到最 大能力，从而使压力降到合同许可的限度之下。尽管采用了所谓管线 压缩机站并且借助于数学模拟，化费颇多的试图使气体管网在正确的
时刻最佳地"呼吸"，但上述情况仍时有发生。这里经常有以下情况 管线压缩机站在确定的时间段里在一个方向运送气体时产生压差，而 在紧接的时间间隔里则在相反方向上输送。在技术可行的范围内，管 线压缩4几站这里在两个方向上波动的体积流量为0-1000000标准立方 米/小时，其中压缩机装置的驱动必需承受至少65%-105%的驱动功率 的波动。通常压缩机装置中的压缩机借助于燃气轮机来驱动，它们在 全负载时，也就是说在100%额定功率时，实现它们的最佳效率，并在 部分负载范围里或者在过载时有规律地具有剧烈的效率损失。除此之 外，部分负载范围也伴随有附带的不受人欢迎的排放和过大缩短耐用 度。
本发明由前面所述的这些困难出发，其任务是提出 一种运行压缩 机站的方法和压缩机站，这种压缩机站即使在负载波动时，既具有高 的效率，又在所有的负载范围里都具有良好的排放值。按照本发明提出了开头所述的方法来解决此问题，在此方法中， 与压缩机处于扭矩传递地连接有电机，其中涡轮机在确定的第 一 涡轮 机功率时具有效率最大值，其中当压缩机功率低于所述第一涡轮机功 率时，电机作为发电机运行，而当压缩机功率大于所述第一涡轮机功 率时，电机作为电动机运行。除此之外提出了一种压缩机设备，其具 有彼此处于扭矩传递地连接的涡轮机和压缩机，其中与压缩机处于扭 矩传递地连接有电机，其中涡轮机构造成这样，使它在确定的第一功 率时达到效率最大值，其中设有控制装置，并且该控制装置这样来控 制电机的功率输入和输出，使得当压缩机功率低于所述第 一功率时， 使电机作为发电机运行，而当压缩机功率大于所述第一功率时，使电 机作为电动机运行。
通过4安照本发明的电才几的可以变化的4吏用，可以成功地〗吏优选构 造成燃气轮机的涡轮机在部分负载范围里或者在其过载范围里总是比 在传统的设备更接近于效率最大值运行。优选整个设备持续地非常接 近于涡轮机或者燃气轮机的效率最大值运行，从而燃油消耗和有害气 体排放都是最小。
如果热效率的最大值和排放的最小值并不位于涡轮机或燃气轮机 的相同工作点上，那么这里例如以经济性为导向的折中方案就可以确
定出优选的工作点。
电机在作为电动机运行时由供电网供电，而所述电机在作为发电
方式，运行者一方面节省了用来运^的动力燃料，另一方面省去了排 放权。除此之外，必要时在使用涡轮机的非最佳工作范围时，由于可 以接通电机作为电动机，这种装置可以胜任更高的峰值负载。燃气轮
机，例如可以使用于4和8MW之间，它可以与功率为4MW的按照本 发明的电机结合，从而驱动其驱动功率在0到12MW之间的压缩机， 如果这里涡轮机只是在最佳的，例如7MW的效率时运行，那么变动 范围总还是在3MW到IIMW驱动功率之间。
当压缩机设备的输送方向可逆时，即4吏在输送压力和体积流量有 大的波动时，采用按照本发明的设备也可以达到高效率。
按照本发明的构造方案，既适合于以恒定转速并且例如用压缩机 的进口导向装置运行的压缩机设备，也适合于具有可变转速的压缩机
4设备，其中按规则在将电机连接于供电电网时必须设有变频器。
涡轮机，尤其是燃气轮机，可以有利地借助于电机用于起动，达 到相应的转速，这使得无需用于涡轮机的单独的起动电动机。
为了在进行维护作业时，在压缩机上不会出现不受欢迎的延迟， 压缩机优选构造成罐状结构型式，并设有不连续的轴，从而使电机只 能装设在压缩机的一侧。电机这里优选装有连续的轴，从而在自由端 上或者可以直接连接涡轮机，或者优选在独立的涡轮机轴的自由端上 连接传递扭矩的运行装置。第二种轴装置在使用标准模块方面具有特 殊优点，并带来适宜的轴动态特性。
结合按照本发明的电机，转子动态特性具有特殊的意义，这是因 为由涡轮机、电机和压缩机统 一 的轴系由于装置的长度而可能会具有 特别复杂的转子动态特性，尤其是就弯曲疲劳而言。
以下参照附图对特殊的实施例进行详细说明，这种说明只是具有 举例说明的特性，因为按本发明的构思，除了这里详细说明的之外，
对于专业人士来说也是有其它的实施可能性。附图所示为

图1:气体分配网的简图2:借助按照本发明的方法运行的按本发明的压缩机设备简图。
图l表示气体分配网1，它在确定的区域2上延伸，并与相邻领域 具有不同的接口 3。在接口处，标准体积流量U、 V、 W、 X、 Y、 Z, 在确定的压力水平下流入到区域2的气体分配网l里，或者从中流出。 所述压力水平例如可以在50至100巴之间。气体分配网l是指具有多 个节点4的互连网。在不同的地点上设有供气出口 5,在这些供气出口 处，从气体分配网1里输出具有确定的单独的压力pl-p10的气体。同 时也可以实现由储存装置输送到所述网络中。压力pl-plO可以在规定 的限度里波动，这种限度大都规定为在50到100巴之间。在气体分配 网1里的不同位置上分别布置了一个管线压缩机站PCO或压缩机装置 COAN,其中在图1中只是示范地表示出一个单个的装置。相当于按照 本发明的压缩机设备COAN的管线压缩机设备PCO的任务是保证在 供气出口 5处有不同的标准体积流量和压力。出口取用量此处可能一 尤其季节相关地一如同在气体分配网1的接口 3处的标准体积流量U、
5V、 W、 X、 Y、 Z那样波动很大，因此使管线压缩机站PCO产生难于 预见的运行状况。压力pl-p10和标准体积流量U、 V、 W、 X、 Y、 Z 都与之相应地都有大的波动，例如波动范围在0至1000000立方米/小 时，即使在输送方向反向时也是这样。
图2详细示出了图1所示的管线压缩机站PCO或者说按照本发明 的压缩机装置COAN,它借助于按照本发明的方法运行。按照本发明 的压缩机装置COAN的实施例主要由一个具有一个压缩机COGT和一 个涡轮机GTGT的燃气轮机GT、 一个按本发明的电机GeMo和一个压 缩机Co组成。压缩机Co与电机GeMo位于第一轴系SH1上，涡轮压 缩机COGT与燃气轮机涡轮机GTGT—起位于第二轴系SH2上，该轴 系SH2与第一轴系SH1通过传动机构TR1形成扭矩传递连接。压缩机 Co构造成罐状结构型式，因此没有设置连续的轴作为压缩机Co的第 一轴系SH1的一部分。压缩机外壳CoCs的没有轴系SH1的端部从其 中伸出的那侧可以被打开用于维护作业，因此例如只化不多的时间就 可以更换并未详细示出的工作轮Rot。
电机GeMo构造有贯穿外壳的轴SHGeMo作为第一轴系SH1的组 成部分，因此在电才几GeMo的轴Sl的第一端上布置了压缩才几Co,并 在第二端上布置了传动机构TR1。电机GeMo与变频器CONV导电连 接，从而使得由电机GeMo在不同的旋转频率时所产生的具有50 Hz 电网频率的电能可以输入至连接的电网ELN里。除此之外，变频器 CONV用于对借助于电才几GeMo实现的压缩机驱动进行转速调节。
压缩才几Co连4妾于气体分配网l上，并可以-使体积流量(标准体积 流量U、 V、 W、 X、 Y、 Z)按照需要在气体分配网1的管线PL的一 个方向上输送或者在相反的方向上输送。这种方案通过装置CIR、气 体管路PEP和阀门VAV来实现。根据特定阀门VAV的开启情况，这 种也包括有通常称之为"吊带连接"的管路装置的所述装置CONV,可 以使气体借助于不变的压缩机Co在管线PL的一个方向上或者相反的 另一个方向上输送。这两种不同的方案在图2中用点划线或虚线表示。
按照本发明的用来运行管线压缩机站PCO或者说压缩机装置 COAN的方法规定燃气轮机GT在确定的功率P时具有效率r|的最大 值，正如借助于图2中的示意曲线图所表示的那样。压缩机Co上的波 动的负载需求，正如通过图2中曲线图所示的随时间T而变化的体积流量V那样，在传统的设备中意味着燃气轮机GT在长的时间范围 里只是在中等的效率T！的范围里运行。按照本本发明的用于运行压缩 机装置COAN的方法，电机平衡了压缩机Co的负载峰值和低谷，乂人 而使燃气轮机总是接近于在最大效率GT的范围里，也就是说接近于效 率最佳值运行。这里规定，对于压缩机Co的负载需求低于燃气轮机具 有效率最大值ril时的第一功率P1的情况，使电机GeMo作为发电机 运行，而当压缩机Co的功率需求高于第一功率PI时，电机就作为电 动机运行。为此设有控制装置CR,它根据运行状况来控制电机。在电 机GeMo
电网频率，并被输入电网ELN。
权利要求
1.用于运行压缩机装置(COAN)、尤其是管线压缩机站(PCO)的方法，所述压缩机装置具有处于扭矩传递连接的涡轮机(燃气轮机GT)和压缩机(Co)，其特征在于，与所述压缩机(Co)处于扭矩传递地连接有电机(GeMo)，其中涡轮机(燃气轮机GT)在确定的第一涡轮机功率(P1)时具有效率最大值(H1)，其中当压缩机功率低于所述第一涡轮机功率(P1)时，所述电机(GeMo)作为发电机运行，而当压缩机功率大于所述第一涡轮机功率(P1)时，所述电机(GeMo)作为电动机运行。
2. 按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩机装置(COAN)的输送方向是可逆的。
3. 按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩机(Co)基本上在恒定转速(n)下运行。
4. 按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩机(Co)在可变4争速(n)下运4亍。
5. 压缩机设备(COAN)，具有彼此处于扭矩传递连接的涡轮机(燃气轮机GT)和压缩机(Co)，其特征在于，与所述压缩机(Co)处于扭矩传递地连接有电机(GeMo)，其中涡轮机(燃气轮机GT)构造成在确定的第一功率(PI)时达到效率最大值(HI)，其中设有控制装置(Cr)并且该控制装置这样来控制电机(GeMo)的功率输入和输出，从而当压缩机功率低于所述第一功率(PI)时，所述电机(GeMo)作为发电机运行，而当压缩机功率大于所述第一功率(PI)时，所述电机(GeMo)作为电动机运行。
6. 按权利要求5所述的压缩机设备(COAN),其特征在于，所述涡轮机(燃气轮机GT)和压缩机分别具有自身的相互独立的轴(轴系SH1， SH2)。
7. 按权利要求5所述的压缩机设备(COAN)，其特征在于，所述压缩机(Co)构造成罐状结构型式，从而不设有连续的轴(SHI)。
全文摘要
本发明涉及一种运行压缩机装置(COAN)、尤其是管线压缩机站(PCO)的方法，所述压缩机装置具有处于扭矩传递连接的涡轮机(燃气轮机GT)和压缩机(CO)。迄今的设备在长时间内都在涡轮机(燃气轮机GT)的部分负荷范围里以差的效率工作。本发明提出的方案是与所述压缩机(Co)处于扭矩传递地连接有电机(GeMo)，其中涡轮机(燃气轮机GT)在确定的第一涡轮机功率(P1)时具有效率最大值(H1)，其中当压缩机功率低于所述第一涡轮机功率(P1)时，所述电机(GeMo)作为发电机运行，而当压缩机功率大于所述第一涡轮机功率(P1)时，所述电机(GeMo)作为电动机运行。
文档编号F04D25/02GK101663488SQ200780049493
公开日2010年3月3日 申请日期2007年12月19日 优先权日2007年1月8日
发明者U·施沃勒拉 申请人:西门子公司