Ein- oder mehrgehäusiger, vielstufiger Agialverdichter mit mindestens einem aussenliegenden Zwischenkühler. Die Erfindung betrifft einen ein- oder mehrgehäusigen, vielstufigen Axialverdichter mit mindestens einem aussenliegenden Zwi schenkühler.
Bekanntlich strebt man bei Gas- und Luftverdichtern darnach, eine möglichst iso- thermische Verdichtung zu erreichen, da dann bei gegebenen Druckverhältnissen die aufzuwendende Verdichtungsarbeit am klein sten ist. Dieses Ziel wird unter anderem da durch zu erreichen versucht, dass nach ein zelnen Stufen oder Stufengruppen Zwischen kühler eingeschaltet werden. Je mehr Zwi schenkühler verwendet werden, desto näher kann man dem angestrebten Ziele isother- mi8cher Verdichtung kommen.
Bei wachsen der Zwischenkühlerzahl werden jedoch die Verluste beim Ein- und Austritt in die bezw. aus den Kühlern und beim Ein- und Aus tritt in die bezw. aus den Maschinenteilen auch gross, so dass eine Erhöhung der Zwi- schenkühleranzahl über einen bestimmten Wert hinaus keine wirtschaftlich noch trag bare Verbesserungsmöglichkeit mehr ergibt.
Derartige Verluste machen sich bei viel stufigen Axialverdichtern mit aussenliegenden Zwischenkühlern besonders bemerkbar, weil dann die aus dem Verdichtergebäuse abzu führende Strömung von der axialen Durch- strömrichtung in eine im wesentlichen radiale umzulenken ist. Will man eine solche Um lenkung nun in gewohnter Weise mittels entsprechend geformter Krümmergehäuse er reichen, so ist dazu viel Platz erforderlich.
Zudem I ist eine solche Umlenkung von der axialen in eine radiale oder angenähert ra diale Richtung mit grossen, unerwünschten Verlusten verbunden, weil besonders bei Axialverdichtern die Durchströmgeschwindig- keiten im Vergleich zu den Radumfangs. geschwindigkeiten gross sind.
Qin die erwähnten Mängel zu beheben, erfolgt nun bei einem Axialverdichter der eingangs erwähnten Art gemäss vorliegender Erfindung die Umlenkung der axialen Durch- trittsströniung in die Zuleitung zum Zwi schenkühler mittels eines Hilfsschleuderrades. Die Umlenkung erfolgt also unter Arbeits leistung durch das Hilfsschleuderrad, letz teres allerdings nur soweit, als es für eine Umlenkung auf kleinstem Raum nötig ist.
Infolge der Einwirkung des Hilfsrades auf das Arbeitsmittel erhält dieses eine drehende Bewegung in einer Ebene, die, je nachdem dieses Rad als reines Radial- oder Halb- radialr-ad ausgebildet ist, d. h. je nach der Grösse der Radialkompnnente der Strömung am Austritt aus diesem Hilfsrad, mehr oder weniger senkrecht zur Maschinenaxe steht. Diese Drehbewegung kann in der an das Hilfsrad sich anschliessenden Zuleitung zum Zwischenkühler, welche zweckmässig als ein als Diffusor wirkendes Spiralgehäuse aus gebildet ist, teilweise in Druck umgewandelt werden.
Da das Hilfsschleuderrad von den vor hergehenden Axialgtufen bereits mit grosser Einlaufgeschwindigkeit beaufschlagt wird, kann es mit gutem Wirkungsgrad arbeiten, so dass also auch der Übergang in den Zwi schenkühler fast ohne Verluste vor sich geht. Die Bauart nach der Erfindung bedingt so mit neben einer bedeutenden Platzersparnis und einfacher) Bauweise eine wesentliche Ver lustverringerung bei zwischengekühlten Axial verdichtern.
Es sind allerdings bereits vielstufige Turbo verdichter bekannt, welche sich aus in einem einzigen Gehäuse angeordneten axialen und radialen Rädern aufbauen. Dabei sind selbst Bauarten dieser Art bekannt, bei denen ein Radialrad zwischen Gruppen) von Axialstufen geschaltet ist. Beiden betreffenden Maschinen war jedoch nie eine Zwischenkühlung vor gesehen, so dass das Arbeitsmittel wäLrend des ganzen Verdichtungsvorganges das Ma schinengehäuse nie zu verlassen hatte.
Zweck der betreffenden zwischen- oder nachgeschal teten Radialräder oder Gruppen solcher Räder neben den Axialstufen war lediglich, erstens im Gebiete niedriger Drücke und grosser Volumen die für solche Verhältnisse gün- stigeren Axialräder zu verwenden und im Hochdruckteil, d. h. bei grösserer Dichte, die gewöhnlichen Radialräder. Der ganze Ver dichter konnte infolgedessen kleiner gebaut werden, weil die Axialatufen keinen Platz für grosse radiale Diffusoren beanspruchen.
Zweitens erwartete man vor allem von einer abwechslungsweisen Verwendung von radialen und axialen Stufen eine Verlagerung oder gar Verhinderung der sogenannten Jump- grenze". Im Gegensatze hierzu wird mit vor liegender Erfindung nur in Verbindung mit Zwischenkühlern bezweckt, auf geringstem Raum mit Hilfe zwischengeschalteter Hilfs- schleuderräder eine verlustfreie Um- und Zu lenkung zum Küble), sowie allenfalls auch noch eine Rückgewinnung von kinetischer Austrittsenergie zu erreichen und so die axiale Bauart auch für den Betrieb mit Zwischen kühlung geeignet zu machen.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel des Erfindungsgegenstandes veran schaulicht, und zwar ist: Fig. 1 teilweise ein Längsschnitt und teil weise eine Ansicht eines eingebäusigen, viel stufigen Axialverdichters mit zwei Zwischen kühlern, Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie H-II der Fig. 1 und Fig. 3 ehre in bezug auf Fig. 1 von links gesehene Endansicbt des Verdichters.
1, 2 und 3 bezeichnen drei Gruppen hintereinandergeschalteter Axialstufen eines eingehäusigen Verdichters. Ferner bezeichnet 4 den Saug-, 5 den Druckstutzen und 6 das Gehäuse dieses Verdichters. 7 und 8 sind zwei ausserhalb des Gehäuses 6 angeordnete, zwischen die Stufengruppen 1; 2 bezw. 2, 3 geschaltete Zwischenkühler. Die Zuleitung zum Zwischenkühler 7 ist mit 9 und die das Arbeitsmittel aus diesem Zwischenkühler 7 der Stufengruppe 2 zurückführende Lei tung mit 10 bezeichnet, während die Zu leitung zum Zwischenkühler 8 mit 11 und die das Arbeitsmittel aus diesem Kühler der Stufengruppe 3 zurückführende Leitung mit 12 bezeichnet ist.
Die Umlenkung der axialen Durchtrittsströmung in die Zuleitung 9 zum Zwischenkühler 7 und in die Zuleitung 11 zum Zwischenkühler 8 erfolgt je mittels eines radialen Hilfaschleuderrades 13 bezw. 14. Diese Räder 13, 14 ermöglichen auf klein stem Raun und bei möglichst kleinen Ver lusten eine Umlenkung des Arbeitsmittels in die Zuleitungen 9,<B>11,</B> wobei sie erst noch imstande sind, dem Arbeitsmittel während der Umlenkung Leistung abzugeben. In diesen Schleuderrädern 13, 14 wird dem Arbeits mittel eine drehende Bewegung in Ebenen senkrecht zur Maschinenaxe erteilt.
Um diese Bewegungen in den Zuleitungen 9, 11 zu den Zwischenkühlern 7 bezw. 8 in Druck umzusetzen, werden diese Zuleitungen zweck mässig wenigstens auf einem Teil ihrer Aus dehnung als Diffusoren wirkende Spiralge- häuse ausgebildet.
Auf der Austrittsseite eines solchen Hilfs- schleuderrades und vor dein Eintritt in die als Spiralgehäuse ausgebildete Zuleitung kann in bekannter Weise noch ein Diffusor vor gesehen werden.
Die Erfindung lässt sich auch anwenden, wenn die verschiedenen axialen Stufen in verschiedenen Gehäusen untergebracht sind und wenn in Verbindung mit jedem dieser Gehäuse mindestens ein aussenliegender Zwi schenkühler vorgesehen ist.
An Stelle von Hilfsschleuderrädern, die als reine Radialräder ausgebildet sind, bei denen also die Strömung am Austritt in einer Ebene senkrecht zur Maschinenaxe verläuft, können auch Hilfsschleuderräder vorgesehen werden, welche die Strömung in Ebenen weniger als um 90 umlenken, dieser aber immer noch eine Radialkomponente mit der damit verbundenen Schleuderwirkung - auf zwingen.
Single or multi-housing, multi-stage agial compressor with at least one external intercooler. The invention relates to a single or multi-housing, multi-stage axial compressor with at least one external inter mediate cooler.
It is well known that gas and air compressors strive to achieve compression that is as isothermal as possible, since then the compression work to be expended is smallest at the given pressure conditions. This goal is attempted, among other things, by switching on between coolers after individual stages or stage groups. The more intermediate coolers are used, the closer one can get to the goal of isothermal compression.
When the number of intercoolers grows, however, the losses on entry and exit into the respectively. from the coolers and when entering and exiting the respectively. from the machine parts also large, so that an increase in the number of intermediate coolers beyond a certain value does not result in an economically viable improvement option.
Losses of this kind are particularly noticeable in multi-stage axial compressors with external intercoolers because the flow leading out of the compressor housing then has to be deflected from the axial flow direction into an essentially radial one. If you want to steer such an order in the usual way by means of appropriately shaped manifold housing he rich, a lot of space is required.
In addition, such a deflection from the axial to a radial or approximately radial direction is associated with large, undesirable losses because, particularly in axial compressors, the throughflow speeds compared to the wheel circumference. speeds are great.
In order to remedy the shortcomings mentioned, in an axial compressor of the type mentioned at the beginning according to the present invention, the deflection of the axial flow into the supply line to the intermediate cooler is carried out by means of an auxiliary centrifugal wheel. The deflection is carried out under work performance by the auxiliary centrifugal wheel, the latter only to the extent that it is necessary for a deflection in the smallest of spaces.
As a result of the action of the auxiliary wheel on the work equipment, the latter receives a rotating movement in a plane which, depending on this wheel, is designed as a pure radial or semi-radial wheel, i.e. H. depending on the size of the radial component of the flow at the outlet from this auxiliary wheel, is more or less perpendicular to the machine axis. This rotary movement can be partially converted into pressure in the supply line to the intercooler, which adjoins the auxiliary wheel and which is expediently designed as a spiral housing acting as a diffuser.
Since the auxiliary centrifugal wheel is already subjected to a high intake speed from the preceding axial stages, it can work with good efficiency, so that the transition to the intermediate cooler also takes place with almost no losses. The design according to the invention requires so with a significant reduction in loss in intercooled axial compressors in addition to a significant space saving and simple) design.
However, there are already multi-stage turbo compressors known which are built up from axial and radial wheels arranged in a single housing. Even designs of this type are known in which a radial wheel is connected between groups of axial stages. Intercooling was never planned for either of the machines in question, so that the working medium never had to leave the machine housing during the entire compression process.
The purpose of the relevant intermediate or downstream radial gears or groups of such gears in addition to the axial stages was only, firstly, to use the more favorable axial gears for such conditions in areas of low pressures and large volumes and to use the high-pressure part, i.e. H. with greater density, the ordinary radial gears. As a result, the entire compressor could be built smaller because the axial steps do not take up space for large radial diffusers.
Secondly, the alternate use of radial and axial stages was expected to shift or even prevent the so-called jump limit. "In contrast to this, the present invention only aims in connection with intercoolers, in the smallest of spaces with the aid of auxiliary centrifugal wheels a loss-free redirection and return to the bucket), as well as, if necessary, a recovery of the kinetic exit energy and thus to make the axial design also suitable for operation with intermediate cooling.
In the drawing, an embodiment example of the subject invention is illustrated, namely: Fig. 1 is partly a longitudinal section and partly a view of a single-unit, multi-stage axial compressor with two intermediate coolers, Fig. 2 is a section along the line H-II of the 1 and 3 show the end view of the compressor, seen from the left in relation to FIG.
1, 2 and 3 designate three groups of axial stages connected in series of a single-casing compressor. Furthermore, 4 designates the suction, 5 the pressure connection and 6 the housing of this compressor. 7 and 8 are two arranged outside the housing 6, between the step groups 1; 2 resp. 2, 3 switched intercoolers. The supply line to the intercooler 7 is denoted by 9 and the line returning the working fluid from this intercooler 7 of the stage group 2 is denoted by 10, while the line to the intercooler 8 is denoted by 11 and the line returning the working medium from this radiator of the stage group 3 is denoted by 12 is.
The deflection of the axial throughflow into the supply line 9 to the intercooler 7 and into the supply line 11 to the intercooler 8 takes place respectively by means of a radial auxiliary centrifugal wheel 13. 14. These wheels 13, 14 enable the working medium to be deflected into the supply lines 9, 11, in the smallest possible space and with the smallest possible losses, whereby they are only able to deliver power to the working medium during the deflection . In these centrifugal wheels 13, 14 the working medium is given a rotating movement in planes perpendicular to the machine axis.
To these movements in the supply lines 9, 11 to the intercoolers 7 respectively. 8 to convert into pressure, these feed lines are expediently formed at least on part of their extension from spiral housings acting as diffusers.
A diffuser can also be seen in a known manner on the exit side of such an auxiliary centrifugal wheel and before it enters the supply line designed as a spiral housing.
The invention can also be used if the various axial stages are housed in different housings and if at least one external inter mediate cooler is provided in connection with each of these housings.
Instead of auxiliary centrifugal wheels, which are designed as pure radial wheels, in which the flow at the outlet runs in a plane perpendicular to the machine axis, auxiliary centrifugal wheels can also be provided which deflect the flow in planes less than 90, but this is still a radial component with the associated centrifugal effect - force on.