用于压缩低温待压缩气体的元件、设备和方法与流程

1.本发明涉及用于压缩低温待压缩气体的元件、设备和方法。
2.在下文中，“低温”指的是-40℃以下的温度。因此，本发明旨在用于低温应用。
3.一个可用的例子是压缩液化天然气(lng)的蒸发气体，但本发明不限于此。


背景技术：

4.众所周知，往复式压缩机或活塞式压缩机用于此类应用。
5.这种往复式或活塞式压缩机的缺点是，它们的动作会导致在已压缩气体供应中产生脉动。换句话说，已压缩气体供应不是连续的。
6.然而，有些应用需要不间断地供应已压缩气体。
7.例如，众所周知，带有螺杆转子的螺杆压缩机元件产生连续的动作，同时在已压缩气体供应中不会产生脉动。此外，螺杆压缩机元件的能耗也较低。
8.然而，螺杆压缩机不适合用于压缩温度为-40℃以下的气体。
9.螺杆压缩机元件包括由铸铁制成的壳体和由锻钢制成的螺杆转子。
10.在如此低温度下会发生显著的热变形。
11.螺杆转子配有轴，该轴通常与转子主体形成单独的单元，它们在螺杆压缩机元件入口侧比螺杆压缩机元件出口侧冷却更多。
12.这会产生在螺杆转子上从入口侧到出口侧的温度梯度。
13.这会影响螺杆压缩机元件中的公差和间隙，它们由于热变形而增大，从而降低螺杆压缩机元件的效率和性能。
14.因此，-40℃以下温度的待压缩气体在进入螺杆压缩机元件前要预热。
15.虽然这解决了热变形问题，但还是会造成大量能量损失，因为已压缩气体必须在压缩后再次冷却。


技术实现要素：

16.本发明旨在通过提供一种能够压缩-40℃以下温度待压缩气体的元件来为上述和/或其他缺点中的至少一个提供解决方案。
17.本发明涉及一种用于压缩-40℃以下低温待压缩气体的元件，该元件具有壳体，壳体容纳至少一个转子，转子安装成相对于壳体能够绕转子轴旋转，壳体具有用于待压缩气体的入口和用于已压缩气体的出口，其特征在于，元件具有加热装置，以用于加热最靠近入口的转子轴端部。
18.优点是，可以通过这种方式加热上述转子轴端部。
19.元件的入口将是最冷的部位，因为低温待压缩气体在此处进入。因此，最靠近入口的转子轴端部冷却最强。
20.在该部位处将存在相对于加热装置的最大温差，使得加热装置和转子之间的热传递可达到最佳。
21.由于轴的导热性，传递到轴上的热量将散布到整个轴和转子的转子体上。
22.因此，可以消除在已知元件中会发生的转子上从元件入口侧到出口侧的温度梯度，整个转子将处于几乎相同的温度。
23.因此，转子的热变形将受到限制，从而使转子和壳体之间的公差和间隙保持在可接受限度内，热应力保持有限。
24.在根据本发明的元件的优选实施例中，加热装置包括第一注射回路，用于将温度高于所述低温的加热介质注射到最靠近入口的转子轴端部。
25.终止于所述转子轴端部的加热介质与所述转子轴端部直接接触，这有助于加热介质和所述转子轴端部之间的热交换。
26.在根据本发明的元件的更优选实施例中，第一注射回路配备有位于所述转子轴端部处的喷嘴，该喷嘴将加热介质直接喷射到所述转子轴端部上。
27.通过喷嘴把加热介质直接且对准地喷射到所述转子轴端部，从而使尽可能多的加热介质有效地终止在所述转子轴端部，因此促进了注射的加热介质与所述转子轴端部之间的热交换。
28.在根据本发明的元件的更优选实施例中，通过轴承使转子相对于壳体可旋转地安装，并且元件配备有第二注射回路，以用于将温度高于所述低温的加热介质注射到轴承。
29.因此，现在还可以对轴承进行加热，以防止轴承冷却过多和冻结，否则会由于轴承中摩擦增大而危及轴承恰当工作。
30.优选地，第二注射回路的第一管道具有用于将加热介质进给到元件中的第一进给点，第一管道位于壳体的第一部分中，第一部分在转子轴的轴向上位于入口所在的壳体侧。
31.替代地或者附加地，第二注射回路的第二管道具有用于将加热介质进给到元件中的第二进给点，第二管道位于壳体的第二部分中，第二部分在转子轴的轴向上位于出口所在的壳体侧。
32.这样做的优点是，通过在入口侧和/或出口侧将加热介质进给到元件中，可以在转子的一端和/或两端提供进给点。
33.换言之，元件入口侧的轴承和/或元件出口侧的轴承有各自自己的注射点，因此尽可能靠近轴承注射加热介质，无需将加热介质从元件入口侧经由壳体输送到元件出口侧，反之亦然。
34.这将防止加热介质在通过壳体期间冻结或冷却过多，否则会导致加热介质在元件中堵塞和/或可能劣化加热介质的润滑性能。
35.由于加热介质只需从进给点到相应轴承通过壳体的有限距离，因此加热介质只会略微冷却，从而允许必要的热量最大程度地传递到轴承。
36.通过用于壳体中加热介质的连接管道使第一进给点和第二进给点相互连接。
37.借助于连接管道，可以在经由第一进给点和第二进给点注射的加热介质之间进行热传递。
38.这种热交换是从较高温度的出口侧到元件的冷入口侧经由连接管道中的加热介质来发生的。
39.这将使整个加热介质、整个壳体和轴承温度均匀。
40.因此，加热介质在元件中局部减速过大的风险较小。
41.根据本发明，不排除的是，第二注射回路连接到第一注射回路、是第一注射回路的一部分、集成到第一注射回路中、或与第一注射回路形成单个单元。
42.因此，就第一注射回路和第二注射回路所需的在壳体中的通道数量而言，该元件的结构不那么复杂。
43.在根据本发明的元件的优选实施例中，喷嘴(如果有的话)配置成还能够将加热介质喷射到轴承上。
44.通过这种方式，最靠近入口的转子轴端部和元件入口侧的轴承都能被直接且对准地喷射加热介质，使得加热介质的大部分有效地终止在所述转子轴端部和所述轴承上，从而促进了一方面注射的加热介质与另一方面所述转子轴端部和轴承两者之间的热交换。
45.优选地，喷嘴因此具有至少两个喷嘴开口。
46.这样，所述至少两个喷嘴开口中的一个可以对准所述转子轴端部，并且所述至少两个喷嘴开口中的另一个可以对准元件入口侧的轴承，使得尽可能大部分的加热介质有效地终止在所述转子轴端部和所述轴承上，从而促进了一方面注射的加热介质与另一方面所述转子轴端部和轴承两者之间的热交换。
47.本发明还涉及一种用于压缩-40℃以下低温待压缩气体的设备，其特征在于，该设备配备有至少一个根据本发明所述的元件。
48.当然，这样的设备具有与如上所述根据本发明的元件的实施例相同的优点。
49.本发明还涉及一种通过元件压缩-40℃以下低温待压缩气体的方法，该元件具有壳体，壳体容纳至少一个转子，转子安装成相对于壳体能够绕转子轴旋转，并且壳体具有用于待压缩气体的入口和用于已压缩气体的出口，其特征在于，对最靠近入口的转子轴端部加热。
50.优选地，低温待压缩气体的温度最高为-60℃，且优选最高为-100℃。
51.在根据本发明的方法的优选实施例中，向所述转子轴端部注射加热介质，加热介质的温度高于待压缩气体的温度。
52.在根据本发明的方法的更优选实施例中，通过轴承使转子相对于壳体可旋转地安装，并且加热介质也被注射到轴承。
53.当然，这种方法的优点与如上所述根据本发明的元件的相应实施例的优点重叠。
54.优选地，加热介质是润滑液体，更优选是油。
55.因此，加热介质不仅适用于加热，还适用于元件的构件的润滑(这主要是轴承感兴趣的)。
56.最后，本发明还涉及根据本发明的元件或设备的用途，用于压缩-40℃以下低温待压缩气体。
附图说明
57.为了更好地阐明本发明的特征，作为非限制性示例，下文将参考附图描述根据本发明用于压缩低温待压缩气体的元件和配备有该元件的设备的多个优选实施例，其中：
58.图1示意性地用透视图示出了用在根据本发明的设备中的根据本发明的元件；
59.图2显示了沿图1中箭头f2所示的视图；
60.图3显示了沿图1中iii-iii线的剖视图；
61.图4示意性地用透视图显示了沿图1中箭头f4所示的视图，但部分地切除了壳体。
具体实施方式
62.附图中所示用在根据本发明的设备中的根据本发明的元件1在本例中为螺杆压缩机元件。
63.元件1包括壳体2，壳体中容纳至少一个转子3，在本例中是两个螺旋转子。
64.螺杆压缩机元件在本例中为无油螺杆压缩机元件，即不向元件1的壳体2中的压缩室中注入油来润滑和/或密封螺旋转子。
65.借助于轴承4使螺旋转子通过其轴5相对于壳体2可旋转地布置。
66.壳体2还包括用于低温待压缩气体的入口6和用于已压缩气体的出口7。
67.根据本发明，低温待压缩气体的温度为-40℃以下，优选地但并非对本发明必须的为-60℃以下，更优选地为-100℃以下。
68.显然，作为压缩的结果，已压缩气体的温度将高于压缩前待压缩气体的温度。取决于工艺而定，温度可以高于-100℃、-60℃或-40℃。
69.根据本发明，元件1配备有第一注射回路8，用于将温度高于所述低温的加热介质注射至转子3的轴5的端部9a，该端部9a位于最靠近入口6的位置。这在图3中示出。
70.重要的是要注意，第一注射回路8用于将加热介质注射到最靠近入口6的转子3轴5端部9a。换句话说，第一注射回路8不是用于将油注射到压缩室中。
71.第一注射回路8包括第一管道10，第一管道具有第一进给点11，用于把加热介质进给到元件1中。通过第一进给点11，加热介质从加热介质储存器进入壳体2。
72.此外，第一注射回路8包括位于轴5的前述端部9a处的喷嘴12，该喷嘴将加热介质直接注射到前述端部9a上。
73.图3和图4所示的喷嘴12配备有用于上述目的的喷嘴开口13a。
74.在所示示例中，元件1配备有第二注射回路14。
75.应注意，第二注射回路14用于允许将加热介质注射到轴承4。换句话说，第二注射回路14不是用于将油注射到压缩室中。
76.如图3所示，第二注射回路14配备有两个进给点11、15，用于在壳体2的两个不同部位处将加热介质进给到元件1中。
77.如图所示，螺旋转子3每个端部9a、9b处壳体2中有一个进给点11、15。
78.因此，加热介质可以尽可能靠近转子3轴5端部9a、9b处的轴承4注入到壳体2中。
79.从进给点11、15起，管道10、16将穿过壳体2到达轴承4，从而将加热介质供应达到轴承4。
80.在轴承4的部位处，提供了适当的喷嘴12和17。
81.喷嘴12和17具有喷嘴开口13b，以将加热介质喷射到轴承4上。
82.如图3所示，通过壳体2中用于加热介质的连接管道18来使两个进给点11、18相互连接。
83.设备运行时，连接管道18将充满油。
84.如图3所示，第一注射回路8和第二注射回路14在本例中共用进给点11、管道10和喷嘴12。
85.在本例中，但不是本发明所必需的，第一注射回路8因此是第二注射回路14的一部分。
86.第二注射回路14也可以连接到第一注射回路8、是第一注射回路8的一部分、集成到第一注射回路8中、或与第一注射回路8形成单个单元。
87.当然，第一注射回路8和第二注射回路14也可以彼此完全分离。
88.还可以的是，喷嘴12不仅把油喷射在轴5的端部9a上，而且把油喷射在轴承4上。
89.换句话说：在本例中，喷嘴12具有双重功能。
90.为此，喷嘴12配备有两个喷嘴开口13a和13b。
91.螺杆压缩机元件的操作非常简单，如下所述。
92.在螺杆压缩机元件运行过程中，螺旋转子将通过相互啮合协同运转，并通过壳体2中的入口6吸入低温待压缩气体。
93.待压缩气体被螺旋转子压缩，并将通过壳体2中的出口7离开螺杆压缩机元件1。
94.因此，低温待压缩气体将强烈地冷却壳体2。
95.虽然气体温度在压缩过程中会升高，但气体温度仍然很低以至于压缩后的已压缩气体仍会冷却壳体2。
96.在元件1运行期间，加热介质将通过进给点11和管道10输送至喷嘴12。加热介质将通过喷嘴开口13a喷射到最靠近入口6的转子3轴5端部9a上。
97.端部9a将被加热，热量将通过轴5散布到整个转子3上。
98.由于入口6是壳体2的最冷部位，因此此处需要最强的加热。
99.由于轴5的导热性，热量将传至距离入口6最远的轴5端部9b。
100.因此，整个转子3中的温度将保持尽可能高，并且温度也将均匀。
101.由于转子3的加热，轴承4也将间接地被部分地加热。
102.然而，为了确保轴承4的正常工作，第二注射回路14将把温度高于所述低温的加热介质喷射到轴承4上。
103.对于转子3轴5各端部9a、9b上的各轴承4，壳体2中提供了专用的进给点11、15，从而允许使用尽可能最短的管道10、16将加热介质输送至轴承4。
104.通过喷嘴12、17及其喷嘴开口13b，把加热介质直接喷射到轴承4上。
105.这样将最大程度地减小在加热介质到达轴承4之前通过冷壳体2时的加热介质温降。
106.在两个进给点11、15之间提供连接的连接管道18旨在允许通过两个进给点11、15注射的加热介质之间进行热交换。
107.连接管道18将充满加热介质，尽管该加热介质通常是静止的并且不会到达轴承4，但仍可以通过连接管道18中的加热介质从较高温度的出口7到非常冷的入口6进行热交换。
108.这将确保壳体2中的整个加热介质、整个壳体2以及轴承4温度均匀。
109.因此，也没有会使加热介质冷却过多的风险。
110.本发明不限于作为示例描述并在附图示出的实施例，而是在不超出权利要求所限定本发明范围的情况下根据本发明用于压缩低温待压缩气体的元件和配备有该元件的设备可以以各种形式和尺寸来实现。