ITFI20120290A1 - "multi-stage compressor and method for operating a multi-stage compressor" - Google Patents

Description

“COMPRESSORE MULTISTADIO E METODO PER IL FUNZIONAMENTO DI UN COMPRESSORE MULTISTADIOâ€

Descrizione

CAMPO DELL’INVENZIONE

Forme di realizzazione dell’oggetto qui descritto riguardano generalmente compressori multistadio e metodi per il loro funzionamento. Più specificamente, la descrizione riguarda compressori multistadio aventi una configurazione a rotori impilati.

DESCRIZIONE DELL’ARTE ANTERIORE

Compressori multistadio sono ampiamente usati nell’industria della refrigerazione, nella lavorazione di petrolio e gas e in processi a bassa temperatura e per altri impieghi.

Fra i molteplici compressori multistadio di tipo conosciuto, sono ben noti compressori multistadio comprendenti giranti impilate trattenute insieme da un tirante. Un compressore multistadio comprendente un rotore impilato à ̈ descritto ad esempio in US2011/0262284.

La Fig. 1 illustra una vista in sezione assiale di un compressore multistadio dell’arte corrente, e la Fig. 2 illustra un ingrandimento di un dettaglio della Fig. 1. Questo compressore à ̈ indicato con 100 e comprende un ingresso 110A, un’uscita 110B, un rotore 111 comprendente una pluralità di giranti 112 impilate e un alloggiamento stazionario 113 alloggiante il rotore 111. L’alloggiamento stazionario comprende un diaframma 113A in cui ciascuna girante scarica il proprio flusso di gas per convertire l’energia cinetica del flusso di gas in pressione prima di riconvogliare il flusso di gas alla girante successiva. Ciascuna combinazione di girante/diaframma à ̈ usualmente denominata “stadio†. Il diaframma 113A e il rotore 111 sono alloggiati in una cassa 113B. Nel compressore à ̈ definito un percorso di compressione P (indicato a linea tratteggiata) estendentesi dall’ingresso 110A del compressore all’uscita 110B del compressore e attraverso la detta pluralità di giranti 112 e attraverso il diaframma 113A. Il percorso di compressione P à ̈ chiuso a tenuta rispetto alla cassa, al diaframma e al rotore usando idonee tenute, ad esempio tenute a gas secco S.

Le giranti 112 sono tenute insieme da un tirante 114 che si estende assialmente attraverso le giranti 112. Il primo stadio di compressore comprende una prima girante 112A, mentre l’ultimo stadio di compressore comprende l’ultima girante 112B. Il rotore 111 comprende anche due elementi terminali 115A e 115B disposti alle estremità opposte della pluralità di giranti 112. Le due estremità del tirante 114 sono vincolate agli elementi terminali 115A - 115B.

Più in particolare, i dischi delle giranti 112 hanno fori passanti 116, attraverso i quali viene fatto passare il tirante 114. I fori 116 sono dimensionati in modo da lasciare un gioco 117 fra il tirante 114 e le giranti 112.

Con particolare riferimento alla Fig. 2, ciascuna girante 112 comprende due opposte flange dentate 118 che si impegnano a rispettive flange dentate di due rispettive giranti adiacenti 112 o, nel caso in cui la girante sia la prima o l’ultima girante della pila di giranti, rispettivamente con una flangia dentata di una girante adiacente 112 e con la flangia dentata 119 di uno degli elementi terminali 115A, 115B.

Per evitare trafilamenti di gas dal percorso di compressione P allo spazio 117, sono previste tenute 120 nelle zone di impegno reciproco 121 dei denti.

Il compressore di gas comprende una linea di bilanciamento 122 (indicata a tratto e punto) per bilanciare la spinta assiale delle giranti sui cuscinetti del rotore. Più in particolare, il compressore comprende un tamburo di bilanciamento 123 formato sull’elemento terminale 115B. Il tamburo di bilanciamento 123 separa una zona di bilanciamento 124 da una zona in comunicazione di fluido con l’uscita dell’ultimo stadio del compressore. La zona di bilanciamento 124 à ̈ in collegamento di fluido con l’ingresso della prima girante 112A, cosicché la pressione nella zona di bilanciamento 124 à ̈ sostanzialmente uguale alla pressione all’ingresso della prima girante 112A. Il tamburo di bilanciamento 123 à ̈ disposto in un alloggiamento cilindrico formato nella cassa del compressore. Fra l’alloggiamento e il tamburo à ̈ prevista una tenuta a labirinto 123A, cosicché sia consentito un trafilamento calibrato F del flusso di gas dall’ultimo stadio verso la zona di bilanciamento 124. La differenza di pressione fra detta zona di bilanciamento 124 e la faccia opposta del tamburo di bilanciamento rivolta verso la girante dell’ultimo stadio 112B genera una spinta assiale contro il tamburo di bilanciamento. La spinta assiale sul tamburo di bilanciamento controbilancia la spinta assiale generata sulle giranti dal fluido di processo che fluisce attraverso il compressore. La linea di bilanciamento 122 à ̈ formata da un tubo che à ̈ usualmente esterno alla cassa del compressore.

Il processo di compressione provoca un aumento di temperatura del gas elaborato che fluisce attraverso il compressore. All’avvio, i componenti della macchina si trovano usualmente a temperatura ambiente e vengono riscaldati dal gas elaborato fino al raggiungimento di una condizione di temperatura stazionaria. Nei compressori aventi un rotore impilato come descritto con riferimento alle Figg.1 e 2, le giranti si scaldano più rapidamente del tirante. Questo conduce ad elevati gradienti di temperatura fra il tirante 114 e le giranti 112 durante la fase transitoria di avviamento. A causa di questo elevato gradiente di temperatura, vengono generate elevate sollecitazioni termiche, che possono ridurre la vita del compressore o provocare malfunzionamenti.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE

Per alleviare almeno parzialmente uno o più dei problemi dell’arte anteriore, viene fornito un compressore multistadio, in cui calore sviluppato comprimendo il fluido elaborato dal compressore viene usato per riscaldare il tirante che trattiene insieme le giranti impilate del rotore del compressore. Il compressore multistadio comprende un percorso di flusso di ritorno, lungo il quale una frazione del gas di processo compresso fluisce indietro da un punto a valle ad un punto a monte del percorso di compressione del gas. Il percorso di flusso di ritorno fluisce lungo il tirante, cosicché calore generato dalla compressione nel gas elaborato compresso o parzialmente compresso viene trasferito al tirante per convezione forzata. Il tirante viene cosi riscaldato più rapidamente che nei compressori dell’arte corrente.

Secondo alcune forme di realizzazione, viene previsto un compressore multistadio, comprendente un rotore di compressore comprensivo di una pluralità di giranti impilate assialmente, un tirante estendentesi attraverso le giranti impilate che trattiene le giranti insieme e un percorso di compressione del gas che si estende da un ingresso del compressore ad un’uscita del compressore ed attraverso la pluralità di giranti. Il compressore comprende inoltre un canale di flusso fra il tirante e le giranti impilate. Il canale di flusso si estende lungo almeno una porzione del tirante. Il canale di flusso à ̈ in comunicazione di fluido con un primo punto ed un secondo punto lungo il percorso di compressione del gas. Durante le condizioni di normale funzionamento, la pressione del gas elaborato dal compressore in detta prima posizione à ̈ differente rispetto alla pressione del gas in detta seconda posizione. La differenza di pressione del gas fra la prima posizione e la seconda posizione del percorso di compressione genera un flusso di gas lungo il canale di flusso.

All’avvio del compressore, la temperatura del gas che fluisce dalla prima posizione alla seconda posizione à ̈ generalmente più alta della temperatura del tirante, a causa dell’aumento di temperatura del gas provocato dalla compressione. Il flusso di gas lungo il canale di flusso riscalda il tirante, riducendo in tal modo i gradienti di temperatura tra le giranti e il tirante.

Secondo alcune forme di realizzazione il canale di flusso può essere usato come “linea di bilanciamento†per bilanciare la spinta delle giranti sui cuscinetti, come meglio descritto più avanti.

In alcune forme di realizzazione esemplificative, la prima posizione à ̈ prevista in corrispondenza del primo stadio del compressore e la seconda posizione à ̈ prevista in corrispondenza dell’ultimo stadio del compressore. In questo modo i benefici termici sul tirante sono massimizzati, poiché il flusso di gas caldo lambisce il tirante lungo quasi tutta l’estensione assiale di esso. Inoltre, il gas compresso che lambisce il tirante à ̈ preso dall’ultimo stadio, cioà ̈ dove la temperatura del gas à ̈ massima.

Secondo forme di realizzazione esemplificative, ciascuna girante comprende due superfici di contatto opposte per entrare in contatto con le superfici di due giranti adiacenti o con la superficie di una girante adiacente e con la superficie di un elemento terminale ad una estremità della pluralità di giranti impilate. Se il compressore di gas comprende un primo passaggio ed un secondo passaggio, almeno uno di detti passaggi à ̈ definito fra le superfici di contatto di due giranti adiacenti o fra le superfici di contatto di uno di detti elementi terminali e di una girante adiacente. Questa configurazione semplifica la costruzione del compressore. In alcune forme di realizzazione esemplificative, il primo passaggio può essere formato fra superfici mutuamente in contatto e tra loro ingrananti del disco della prima girante ed una corrispondente superficie ingranante del primo elemento terminale. Il secondo passaggio può essere formato fra superfici mutuamente in contatto e ingrananti del disco dell’ultima girante e una superficie ingranante corrispondente del secondo elemento terminale.

Per fornire un vincolo torsionale fra le giranti tra loro impilate e tra queste e il primo e il secondo elemento terminale, sono previsti organi di vincolo torsionale. In alcune forme di realizzazione le superfici di contatto sono provviste di flange a dentatura frontale formanti le superfici reciprocamente ingrananti. I denti delle flange mutuamente cooperanti formano un accoppiamento Hirth. Viceversa, possono anche essere usati altri organi di collegamento, quali connessioni curve, bulloni o altri meccanismi noti.

Per evitare che il gas fluisca attraverso le superfici ingrananti dove non à ̈ richiesto alcun flusso di gas, ad esempio in corrispondenza delle superfici di contatto e tra loro ingrananti intermedie tra giranti adiacenti, possono essere previsti organi di tenuta attorno alle aree di ingranamento. Per esempio gli organi di tenuta possono essere tenute anulari disposte sulla superficie interna dei fori passanti nei dischi delle giranti, nei quali à ̈ disposto il tirante, proprio in corrispondenza della zona di ingranamento.

Secondo altre forme di realizzazione, almeno uno dei due passaggi può essere un condotto, ad esempio previsto attraverso il disco di una girante o di un elemento terminale.

In alcune forme di realizzazione il compressore di gas comprende una linea di bilanciamento per bilanciare la spinta assiale delle giranti sui cuscinetti del rotore. Più in particolare, il compressore comprende un tamburo di bilanciamento vincolato assialmente alle giranti e che contrasta la spinta assiale delle giranti. Il tamburo ha una prima faccia rivolta verso l’ultimo stadio del compressore ed una seconda faccia opposta rivolta verso una zona di bilanciamento in collegamento di fluido con l’ingresso del primo stadio del compressore, cosicché la pressione nella zona di bilanciamento à ̈ sostanzialmente uguale alla pressione all’ingresso del primo stadio del compressore. La differenza di pressione fra le due facce del tamburo di bilanciamento genera una spinta assiale che si oppone alla spinta assiale generata sulle giranti dal gas che viene elaborato attraverso il compressore. Il compressore comprende un percorso che pone in collegamento di fluido l’uscita dell’ultimo stadio con la zona di bilanciamento associata al tamburo di bilanciamento. In alcune forme di realizzazione viene previsto almeno un passaggio che pone in collegamento di fluido il canale di flusso e la zona di bilanciamento. In questa configurazione, il canale di flusso formato fra le giranti e il tirante può funzionare da “linea di bilanciamento†. In questo modo non viene richiesta una linea di bilanciamento esterna.

Secondo alcune forme di realizzazione, il passaggio che pone in collegamento di fluido il canale di flusso e la zona di bilanciamento à ̈ previsto attraverso il tamburo di bilanciamento.

Secondo un ulteriore aspetto, la descrizione riguarda un metodo per il funzionamento di un compressore multistadio, comprendente un rotore di compressore con una pluralità di giranti impilate assialmente, tenute insieme da un tirante, e con un canale di flusso che si estende lungo almeno una porzione del tirante. Il metodo comprende la fase di riscaldare il tirante facendo fluire gas caldo compresso, ad esempio derivato dal percorso di compressione del gas, lungo il canale di flusso attraverso le giranti e lungo il tirante. Il gas caldo compresso fluisce da uno stadio a valle ad uno stadio a monte del compressore. In alcune forme di realizzazione esemplificative, il metodo prevede di scaldare il tirante tramite un flusso di gas compresso che fluisce dall’uscita dell’ultima girante all’ingresso della prima girante.

Caratteristiche e forme di realizzazione sono descritte qui di seguito e ulteriormente definite nelle rivendicazioni allegate, che formano parte integrale della presente descrizione. La sopra riportata breve descrizione individua caratteristiche delle varie forme di realizzazione della presente invenzione in modo che la seguente descrizione dettagliata possa essere meglio compresa e affinché i contribuiti alla tecnica possano essere meglio apprezzati. Vi sono, ovviamente, altre caratteristiche dell’invenzione che verranno descritte più avanti e che verranno esposte nelle rivendicazioni allegate. Con riferimento a ciò, prima di illustrare diverse forme di realizzazione dell’invenzione in dettaglio, si deve comprendere che le varie forme di realizzazione dell’invenzione non sono limitate nella loro applicazione ai dettagli costruttivi ed alle disposizioni di componenti descritti nella descrizione seguente o illustrati nei disegni. L’invenzione può essere attuata in altre forme di realizzazione e attuata e posta in pratica in vari modi. Inoltre si deve comprendere che la fraseologia e la terminologia qui impiegate sono soltanto ai fini descrittivi e non devono essere considerate limitative.

Gli esperti del ramo pertanto comprenderanno che il concetto su cui si basa la descrizione può essere prontamente utilizzato come base per progettare altre strutture, altri metodi e/o altri sistemi per attuare i vari scopi della presente invenzione. E’ importante, quindi, che le rivendicazioni siano considerate come comprensive di quelle costruzioni equivalenti che non escono dallo spirito e dall’ambito della presente invenzione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Una comprensione più completa delle forme di realizzazione illustrate dell’invenzione e dei molti vantaggi conseguiti verrà ottenuta quando la suddetta invenzione verrà meglio compresa con riferimento alla descrizione dettagliata che segue in combinazione con i disegni allegati, in cui:

la Fig. 1 illustra una vista in sezione assiale della parte principale di un compressore multistadio dell’arte anteriore;

la Fig. 2 illustra una porzione ingrandita della Fig.1;

la Fig. 3 illustra una vista in sezione assiale della parte principale di un compressore multistadio secondo una forma di realizzazione della presente descrizione;

la Fig. 4 illustra una porzione ingrandita della Fig.3;

la Fig. 5 illustra una porzione di una prima variante della forma di realizzazione mostrata in Fig.3;

la Fig. 6 illustra una porzione di una seconda variante della forma di realizzazione illustrata in Fig.3;

la Fig.7 illustra una porzione di una terza variante della forma di realizzazione mostrata nella Fig.3;

la Fig. 8 illustra una porzione di una quarta variante della forma di realizzazione illustrata nella Fig.3.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI FORME DI REALIZZAZIONE DELL’INVENZIONE

La descrizione dettagliata che segue di forme di realizzazione esemplificative si riferisce ai disegni allegati. Gli stessi numeri di riferimento in disegni differenti identificano elementi uguali o simili. Inoltre, i disegni non sono necessariamente in scala. Ancora, la descrizione dettagliata che segue non limita l’invenzione. Piuttosto, l’ambito dell’invenzione à ̈ definito dalle rivendicazioni accluse.

Il riferimento in tutta la descrizione a “una forma di realizzazione†o “la forma di realizzazione†o “alcune forme di realizzazione†significa che una particolare caratteristica, struttura o elemento descritto in relazione ad una forma di realizzazione à ̈ compresa in almeno una forma di realizzazione dell’oggetto descritto. Pertanto la frase “in una forma di realizzazione†o “nella forma di realizzazione†o “in alcune forme di realizzazione†in vari punti lungo la descrizione non si riferisce necessariamente alla stessa o alle stesse forme di realizzazione. Inoltre le particolari caratteristiche, strutture od elementi possono essere combinati in qualunque modo idoneo in una o più forme di realizzazione.

Con riferimento alle sopra menzionate Figg.3 a 8, il numero di riferimento 10 indica un compressore multistadio nel suo complesso. Il compressore multistadio comprende un ingresso 10A, un’uscita 10B, un rotore 11 con una pluralità di giranti 12 impilate e un alloggiamento stazionario 13 che alloggia il rotore 11.

L’alloggiamento stazionario comprende una pluralità di diaframmi 13A, in cui ciascuna girante 12 scarica il flusso di gas per convertire l’energia cinetica del flusso di gas in recupero di pressione prima di reindirizzare il flusso di gas verso la girante successiva. Ciascuna combinazione girante/diaframma à ̈ denominata “stadio†.

Il primo stadio del compressore comprende la prima girante 12A, e l’ultimo stadio del compressore comprende l’ultima girante 12B. I termini “primo†e “ultimo†come usati in questo contesto si riferiscono alla direzione del flusso di gas elaborato dal compressore. Pertanto il primo stadio e la prima girante sono quelli più vicini all’ingresso del compressore, cioà ̈ quelli più a monte, mentre l’ultimo stadio e l’ultima girante sono quelli più vicini all’uscita del compressore, cioà ̈ quelli più a valle. I diaframmi 13A e il rotore 11 sono alloggiati in una cassa 13B. I termini a monte e a valle sono riferiti al verso del flusso del gas elaborato attraverso il compressore.

Nel compressore 10, un percorso P di compressione del gas (indicato a tratteggio) si sviluppa dall’ingresso 10A del compressore all’uscita 10B del compressore ed attraverso detta pluralità di giranti 12 ed i diaframmi 13A. Il percorso di compressione P à ̈ chiuso a tenuta rispetto alla cassa, ai diaframmi e al rotore, usando idonee tenute, ad esempio tenute a gas secco S. Altre forme di tenuta, comunemente usate nel settore, possono anch’esse essere ugualmente impiegate.

Le giranti 12 sono impilate e tenute insieme da un tirante 14. Il tirante 14 si sviluppa assialmente attraverso le giranti. Il rotore 11 comprende anche due elementi terminali: un primo elemento terminale 15A più a monte, previsto all’estremità della pluralità di giranti più vicina alla prima girante 12A; ed un secondo elemento terminale 15B più a valle, previsto all’estremità opposta della pluralità di giranti, in vicinanza dell’ultima girante 12B. Le due estremità del tirante 14 sono vincolate agli elementi terminali 15A, 15B.

I dischi delle giranti 12 hanno fori passanti 16 attraverso i quali viene fatto passare il tirante. I fori 16 sono dimensionati così da lasciare un interspazio o gioco 17 fra il tirante e la superficie interna dei fori 16.

Ciascuna girante 12 comprende due superficie di contatto opposte, co-operanti con le superfici rispettivamente di due altre giranti 12 adiacenti, o rispettivamente con la superficie di una girante adiacente e con la superficie di uno degli elementi terminali 15A o 15B ad una estremità della pluralità di giranti impilate. Il contatto à ̈ tale per cui le giranti sono vincolate torsionalmente l’una all’altra e una coppia à ̈ trasmessa tra le giranti. In alcune forme di realizzazione, ciascuna girante 12 comprende due flange dentate opposte 18, che ingranano con rispettive flange dentate di due giranti adiacenti 12 oppure, nel caso in cui la girante à ̈ la prima girante 12 o l’ultima girante 12 della pila, rispettivamente con una flangia dentata 18 di una girante 12 adiacente e con la flangia dentata 19A o 19B di uno degli elementi terminali 15A o 15B. Le flange dentate formano accoppiamenti o connessioni Hirth. Possono essere usate al posto dell’accoppiamento tipo Hirth altri tipi di connessioni note agli esperti del ramo.

Per evitare trafilamento di gas dal percorso di compressione P all’interspazio o gioco 17, tenute 20 vengono previste nelle zone di ingranamento 21, dove cooperano i denti di giranti 12 intermedie tra loro adiacenti.

Il compressore comprende una linea di bilanciamento 22 (indicata a tratto e punto) per bilanciare la spinta assiale delle giranti sui supporti del rotore. Più in particolare, il compressore comprende un tamburo di bilanciamento 23 (formato sull’elemento terminale 15B) che delimita una zona di bilanciamento 24 rispetto ad una zona di comunicazione di fluido con l’uscita dell’ultima girante 12B. La zona di bilanciamento 24 à ̈ in collegamento di fluido attraverso la linea di bilanciamento 22 con l’ingresso della prima girante 12A, cosicché la pressione nella zona di bilanciamento 24 à ̈ sostanzialmente uguale alla pressione dell’ingresso della prima girante 12A.

Il tamburo di bilanciamento 23 à ̈ disposto in un alloggiamento cilindrico nella cassa 13 B. Fra l’alloggiamento e il tamburo di bilanciamento 23 à ̈ prevista una tenuta a labirinto 23A, cosicché viene consentito un trafilamento di flusso di gas calibrato tra l’uscita dell’ultima girante 12B e la zona di bilanciamento 24. La differenza di pressione, fra una prima faccia 23’ del tamburo di bilanciamento 23 rivolta verso l’ultima girante, e una seconda opposta faccia 23’’ rivolta verso la zona di bilanciamento 24, genera una spinta assiale sul tamburo di bilanciamento 23. La spinta assiale sul tamburo di bilanciamento 23 controbilancia la spinta assiale esercitata dalle giranti. In questa forma di realizzazione la linea di bilanciamento 22 à ̈ formata da un tubo esterno alla cassa del compressore.

L’interspazio o gioco 17 forma un canale di flusso fra il tirante 14 e le giranti impilate 12. Il canale di flusso (anche indicato con 17) à ̈ in comunicazione di fluido con una prima posizione PA e una seconda posizione PB lungo il percorso P di compressione del gas. La prima posizione PA à ̈ ad una pressione inferiore alla seconda posizione PB. La differenza di pressione fra la prima posizione PA e la seconda posizione PB genera un flusso di gas lungo il canale di flusso 17, come meglio spiegato più avanti.

Secondo alcune forme di realizzazione, la prima posizione PA à ̈ prevista all’ingresso del primo stadio del compressore, dove à ̈ disposta la prima girante 12A, e la seconda posizione PB à ̈ disposta all’uscita dell’ultimo stadio di compressore, dove à ̈ disposta l’ultima girante 12B. Ciò fornisce la massima differenza di pressione fra la prima posizione PA e la seconda posizione PB. Il collegamento di fluido tra la prima posizione PA e il canale di flusso 17, così come anche fra il canale di flusso 17 e la seconda posizione PB viene formato da rispettivi passaggi.

Nella forma di realizzazione delle Figg. 3, 4, le aree di ingranamento 21A, dove la flangia dentata 18A della prima girante 12 ingrana con la flangia dentata 19A del primo elemento terminale 15A, à ̈ almeno parzialmente priva di tenuta 20, cosicché almeno un primo passaggio di gas 25 viene realizzato tra la prima posizione PA e il canale di flusso 17, attraverso i denti cooperanti delle due flange dentate 18A, 19A.

La Fig. 5 illustra una forma di realizzazione modificata. Gli stessi numeri di riferimento indicano elementi o componenti uguali o corrispondenti, che non verranno descritti nuovamente in dettaglio. Il primo passaggio, ancora indicato con 25, che pone in collegamento di fluido la prima posizione PA del percorso di compressione P à ̈ previsto attraverso il corpo o disco della prima girante 12A. Viene prevista una tenuta 20A che chiude a tenuta l’area di ingranamento 21A.

In Fig. 6 un’ulteriore forma di realizzazione modificata prevede un primo passaggio 25 disposto attraverso il corpo del primo elemento terminale 15A. Viene prevista una tenuta 20A che fa tenuta nell’area di ingranamento 21A. In altre forme di realizzazione, il primo passaggio può essere previsto in altre posizioni ed attraverso altri corpi o componenti del rotore.

Nella forma di realizzazione delle Figg. 3 e 4, l’area di ingranamento 21B, in cui la flangia dentata 18B dell’ultima girante 12B ingrana con la flangia dentata 19B del secondo elemento terminale 15B, à ̈ almeno parzialmente priva della tenuta 20, cosicché viene formato almeno un secondo passaggio di gas 26 fra la seconda posizione PB e il canale di flusso 17, attraverso i denti delle flange dentate 18B e 19B.

In Fig. 7 à ̈ prevista una forma di realizzazione modificata per un secondo passaggio 26 disposto attraverso il corpo o disco della prima girante 12B. Una tenuta 20B viene prevista per chiudere a tenuta l’area di ingranamento 21B.

In ulteriori forme di realizzazione, non mostrate, il secondo passaggio 26 può essere previsto attraverso il corpo del secondo elemento terminale 15B,analogamente a quanto previsto per il primo passaggio 25 di Fig. 6.

In ancora ulteriori forme di realizzazione, il secondo passaggio 26 può essere previsto in altre posizioni attraverso altri corpi o componenti del rotore.

All’avvio del compressore il rotore 11 con il tirante 14 e le giranti 12 inizia a ruotare. Gas entra attraverso l’ingresso 10A del compressore e fluisce lungo il percorso di compressione P attraverso le giranti 12A, 12, 12….12B disposte sequenzialmente, ed infine esce dall’uscita 10B del compressore. All’uscita dell’ultima girante 12B, nella seconda posizione PB, il gas ha raggiunto la massima pressione e la massima temperatura, mentre all’ingresso della prima girante 12A, cioà ̈ nella prima posizione PA, il gas ha la minima temperature la minima pressione. La differenza di pressione fra il primo e l’ultimo stadio genera un flusso F di gas caldo (indicato da una doppia linea a tratto-e-punto) dalla seconda posizione PB attraverso il secondo passaggio 26 nel canale di flusso 17, e dal canale di flusso 17 alla prima posizione PA attraverso il primo passaggio 25.

Il gas caldo che fluisce attraverso il canale di flusso 17 riscalda il tirante 14 (prima dell’avvio il tirante à ̈ usualmente a temperatura ambiente). Pertanto, in questa fase transitoria i gradienti di temperatura tra il tirante 14 e le giranti 12A, 12, 12…12B decrescono.

Per massimizzare l’effetto di riscaldamento, come sopra descritto, il gas caldo viene derivato dall’ultimo stadio e viene reintrodotto nel percorso di compressione del gas in corrispondenza del primo stadio. In altre forme di realizzazione le posizioni PA e PB possono essere disposte in punti differenti lungo il percorso di compressione.

In Fig. 8 à ̈ illustrata un’altra forma di realizzazione. In questo caso la linea di bilanciamento usata per bilanciare la spinta assiale e le giranti à ̈ vantaggiosamente realizzata dal canale di flusso 17 e il condotto esterno viene eliminato. Un percorso 26’ pone in collegamento di fluido la zona di bilanciamento 24 del tamburo di bilanciamento 23 con la seconda posizione PB del percorso di compressione, disposta all’uscita dell’ultima girante 12B. Il percorso 26’ à ̈ formato, ad esempio, da una tenuta a labirinto 23A, in modo tale che viene generato un trafilamento calibrato di flusso di gas dall’uscita dell’ultima girante 12B verso la zona di bilanciamento 24.

Attraverso un secondo passaggio 26’’ previsto nel secondo elemento terminale 15B, la zona di bilanciamento 24 à ̈ in collegamento di fluido con il canale di flusso 17. Pertanto un flusso di gas F fluisce dalla seconda posizione PB alla zona di bilanciamento 24 con una caduta di pressione e dalla zona di bilanciamento 24, attraverso il secondo passaggio 26’’, verso il canale di flusso 17. In pratica, il passaggio di comunicazione di fluido fra la seconda posizione PB e il canale di flusso 17 à ̈ formato dal passaggio 26’, dalla zona di bilanciamento 24 e dal secondo passaggio 26’’. Dal canale di flusso 17 il gas che fluisce verso la prima posizione PA nel primo stadio del compressore, attraverso il primo passaggio 25, formato ad esempio nell’area di ingranamento 21A fra i denti della flangia 18A della girante 12A e i denti della flangia 19B del primo elemento terminale 15A (non à ̈ prevista alcuna tenuta nella zona di ingranamento 21A).

Il flusso di gas lungo il tirante 14 scalda il tirante 14, riducendo i gradienti termici fra le giranti e il tirante durante l’avviamento. Allo stesso tempo il flusso di gas agisce come flusso di bilanciamento, che bilancia la spinta delle giranti sui supporti del rotore. Questo risultato à ̈ raggiunto usando l’interspazio o gioco 17 fra le giranti 12A, 12, 12…12B e il tirante 14 come un canale di flusso che collega il primo e l’ultimo stadio del compressore.

La presente descrizione concerne anche un metodo per il funzionamento di un compressore multistadio, comprendente un rotore di compressione 11 con una pluralità di giranti 12 impilate assialmente, trattenute insieme da un tirante 14 e con un canale di flusso 17 che si estende lungo il tirante 14. Il metodo comprende la fase di riscaldare il tirante 14 facendo fluire gas caldo F lungo il canale di flusso 17 attraverso le giranti 12 e lungo detto tirante 14, attraverso almeno due differenti stadi. Più specificamente, in alcune forme di realizzazione il metodo comprende il derivare una frazione di gas almeno parzialmente compresso elaborato dal compressore da una prima posizione ad alta pressione del percorso di compressione del gas attraverso il canale di flusso 17, verso una seconda posizione a bassa pressione del percorso di compressione.

In alcune forme di realizzazione, il gas compresso usato per riscaldare il tirante 14 fluisce dall’uscita della ultima girante 12B verso l’ingresso della prima girante 12A.

Dall’ultimo stadio il gas di riscaldamento fluisce nel canale di flusso 17 passando tra l’ultima girante 12B e il secondo elemento terminale 15B (Figg.3 e 4), o passando attraverso il disco o corpo dell’ultima girante 12B o del secondo elemento terminale 15B (Figg.7 e 8).

Dal canale di flusso 17 il gas di riscaldamento fluisce nel primo stadio passando fra la prima girante 12A e il primo elemento terminale 15A (Figg.3 e 4), o passando attraverso il disco o corpo della prima girante 12A o del primo elemento terminale 15 A (Fig.5 o 6).

Nel caso in cui gli stadi in comunicazione di fluido con il canale di flusso sono differenti dal primo e dall’ultimo stadio, il gas di riscaldamento può fluire passando attraverso due giranti adiacenti 12 o attraverso il disco/corpo delle giranti.

Il metodo prevede anche un bilanciamento della spinta delle giranti contro i cuscinetti del rotore. Il gas viene fatto passare dall’uscita dell’ultima girante 12B alla zona di bilanciamento 24 definita sul tamburo di bilanciamento in una posizione opposta a detta girante dell’ultimo stadio rispetto al tamburo 23, e da detta zona di bilanciamento 24 all’ingresso della prima girante 12A, passando sul e lungo il tirante 14, attraverso dette giranti in modo tale che la pressione in detto ingresso à ̈ sostanzialmente uguale alla pressione di detta zona di bilanciamento del tamburo di bilanciamento.

Mentre le forme di realizzazione descritte dell’oggetto qui illustrato sono state mostrate nei disegni e descritte integralmente in quanto sopra con particolari e dettagli in relazione a diverse forme di realizzazione esemplificative, gli esperti nell’arte comprenderanno che molte modifiche, cambiamenti e omissioni sono possibili senza uscire materialmente dagli insegnamenti innovativi, dai principi e dai concetti sopra esposti, e dai vantaggi dell’oggetto definito nelle rivendicazioni allegate. Pertanto l’ambito effettivo delle innovazioni descritte deve essere determinato soltanto in base alla più ampia interpretazione delle rivendicazioni allegate, così da comprendere tutte le modifiche, i cambiamenti e le omissioni. Inoltre, l’ordine o sequenza di qualunque fase di metodo o processo può essere variata o ridisposta secondo forme di realizzazione alternative.

Claims (16)

1. “COMPRESSORE MULTISTADIO E METODO PER IL FUNZIONAMENTO DI UN COMPRESSORE MULTISTADIO†Rivendicazioni 1. Compressore multistadio comprendente: un rotore comprendente una pluralità di giranti impilate assialmente, un tirante estendentesi attraverso dette giranti impilate e che trattiene dette giranti insieme, un percorso di compressione del gas che si sviluppa da un ingresso del compressore ad un’uscita del compressore attraverso detta pluralità di giranti, un canale di flusso fra detto tirante e dette giranti impilate, detto canale di flusso sviluppandosi lungo almeno una porzione di detto tirante, in cui detto canale di flusso à ̈ in comunicazione di fluido con una prima posizione lungo detto percorso di compressione del gas e con una seconda posizione lungo detto percorso di compressione del gas, una differenza di pressione fra detta prima posizione e detta seconda posizione nel percorso di compressione generando un flusso di gas lungo detto canale di flusso.
2. 2. Il compressore di gas secondo la rivendicazione 1, in cui detta prima posizione à ̈ prevista all’ingresso di un primo stadio del compressore, e detta seconda posizione à ̈ prevista all’uscita di un ultimo stadio del compressore.
3. 3. Il compressore di gas secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente almeno un primo passaggio che pone in collegamento di fluido detta prima posizione con il canale di flusso, e almeno un secondo passaggio che pone in collegamento di fluido detta seconda posizione con detto canale di flusso.
4. 4. Il compressore di gas secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuna girante comprende due opposte superfici di contatto cooperanti con rispettive superfici di giranti adiacenti o con una superficie di girante adiacente ed una superficie di un elemento terminale ad una estremità della pluralità di giranti impilate.
5. 5. Il compressore di gas secondo le rivendicazioni 3 e 4, in cui almeno uno di detti passaggi à ̈ definito fra superfici di contatto di due giranti adiacenti, oppure fra le superfici di contatto di detto elemento terminale e di una girante adiacente.
6. 6. Il compressore di gas secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui due giranti adiacenti, o una girante o un elemento terminale, sono in contatto reciproco per mezzo di rispettive flange dentate che ingranano tra loro; organi di tenuta essendo disposti e configurati per ridurre o prevenire trafilamento di gas fra almeno alcune di dette flange dentate tra loro ingrananti.
7. 7. Il compressore di gas secondo le rivendicazioni 3 e 6, in cui almeno uno di detti due passaggi à ̈ previsto fra due flange dentate che ingranano fra loro.
8. 8. Il compressore di gas secondo una o più delle rivendicazioni 3 a 7, in cui almeno uno di detti due passaggi à ̈ un condotto previsto attraverso il disco di una girante o attraverso un elemento terminale ad una estremità della pluralità di giranti impilate.
9. 9. Il compressore di gas secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente un tamburo di bilanciamento avente una prima faccia rivolta verso la girante più a valle ed una seconda faccia opposta rivolta verso una zona di bilanciamento in collegamento di fluido con uno stadio di compressore più a monte.
10. 10. Il compressore di gas secondo la rivendicazione 9, comprendente un percorso che pone in collegamento di fluido la girante più a valle con detta zona di bilanciamento del tamburo di bilanciamento; detto percorso provocando una caduta di pressione fra detta uscita della girante più a valle e detta zona di bilanciamento.
11. 11. Il compressore di gas secondo la rivendicazione 10, in cui à ̈ previsto almeno un passaggio che pone in collegamento di fluido detto canale di flusso e detta zona di bilanciamento attraverso detto tamburo di bilanciamento.
12. 12. Un compressore multistadio comprendente: una pluralità di giranti impilate; un tirante che trattiene insieme dette giranti impilate; un percorso di compressione di gas che si estende da un lato di aspirazione ad un lato di uscita del compressore multistadio attraverso dette giranti impilate; un percorso di flusso di ritorno lungo cui una frazione di un gas di processo compresso che fluisce lungo detto percorso di compressione di gas fluisce all’indietro da una posizione a valle verso una posizione a monte del percorso di compressione del gas, detto percorso di flusso di ritorno sviluppandosi lungo il tirante cosicché calore generato dalla compressione nel gas elaborato compresso viene trasferito al tirante per convezione forzata.
13. 13. Un metodo per il funzionamento di un compressore multistadio, comprendente un rotore di compressione con una pluralità di giranti impilate assialmente, tenute insieme da un tirante, e con un canale di flusso che si estende lungo almeno una porzione di detto tirante; detto metodo comprendente la fase di riscaldare detto tirante facendo fluire gas caldo lungo detto canale di flusso e lungo detto tirante.
14. 14. Il metodo secondo la rivendicazione 13, comprendente il deviare una porzione del flusso di gas elaborato da detto compressore da una prima posizione ad alta pressione lungo un percorso di compressione che si sviluppa attraverso detto compressore, e far fluire detta porzione di detto flusso di gas lungo detto canale di flusso verso una posizione a bassa pressione lungo detto percorso di compressione.
15. 15. Il metodo secondo la rivendicazione 13 o 14, in cui il gas caldo fluisce dallo stadio di compressore più valle allo stadio di compressore più a monte.
16. 16. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13 a 15, comprendente il fluire detto gas caldo dallo stadio più a valle del compressore ad una zona di bilanciamento definita su un tamburo di bilanciamento in una posizione opposta a detto stadio di compressione più a valle, e da detta zona di bilanciamento ad un ingresso dello stadio di compressione più a monte, passando lungo detto tirante attraverso detti giranti.