Mehrstufiger Verdichter. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mehrstufigen Verdichter mit min destens einer zwischen zwei Stufen einge schalteten Kühlvorrichtung und mit einem Laufrad in jeder Stufe, das annähernd die Form eines abgestumpften Kegels besitzt. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die Kühl vorrichtung innerhalb eines Ringraumes an geordnet ist, der einerseits durch die an nähernd kegelstumpfförmig ausgebildete, die Laufradschaufeln einer Stufe umgebende Wandung und anderseits durch die Aussen wandung des Gehäuses begrenzt ist.
Bei mehrstufigen Verdichtern ist es er wünscht, das zu fördernde Medium zwecks Vermeidung von Temperatursteigerungen zwischen einzelnen Stufen zu kühlen, womit sieh auch die Verdichtungsarbeit herab setzen lässt. Bei bekannten Vorschlägen wird diese Zwischenkühlung in der Weise vorgenommen, dass eine Kühlvorrichtung mit einer der notwendigen Kühlleistung ange passten Kühlfläche an den Verdichter ange baut oder in einem gesonderten Gehäuse untergebracht wird. Solche Kühlvorrichtun gen sind mittels Leitungen für das zu fördernde Medium zwischen je zwei Stufen des Verdichters eingeschaltet.
Es ist auch vorgeschlagen worden, die Kühlvorrichtun gen unmittelbar in das Verdichtergehäuse einzubauen, wobei man z. B. bei Radialver dichtern die einzelnen Stufen des Laufrades in axialer Richtung weiter auseinander schiebt, um die Kühlvorrichtungen zwischen die Stufen einfügen zu können. Bei einem andern Vorschlag für Radialverdichter wird der Durchmesser des zylindrischen Gehäu ses vergrössert, wodurch die Länge der Um lenkkanäle zwischen den einzelnen Stufen zunimmt und Platz für die Anordnung von Kühlvorrichtungen entsteht.
Bei allen diesen Ausführungsformen wird der durch die Zwischenkühlung gewon nene Vorteil durch eine Zunahme an Grösse und Gewicht erkauft, so dass die Forderung nach einem kleinen und leichten Verdichter grösserer Leistung in den meisten Fällen nicht erfühlt werden kann. Besonders wider sinnig wäre es aber, wenn man einen klei nen Verdichterläufer für grosse Drehzahlen mit einem im Verhältnis zur Läufergrösse überdimensionierten Gehäuse umgeben würde, um darin eine Kühlvorrichtung unterbrin gen zu können.
Bei einem Verdichter nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem das Laufrad jeder Stufe annähernd kegel- stumpfförmig ausgebildet ist, das also eine Form besitzt, wie sie ,sich für hohe und höchste Stufendruckverhältnisse eignet, ent steht zwischen einer die Laufrad-sehaufelung unmittelbar umgebenden Zwiseh-enwmnd und der Aussenwandung des Gehäuses ein Ring raum, in dem sich eine Kühlvorrichtung an ordnen lässt, ohne da;
ss hierdurch .die äussern Abmessungen des Gehäuses) wesentlich ver grössert werden müssen.
Vergleichsweise betragen die Abmessun gen - gleiche Leistung und :gleiches Druck- verhältnis vorausgesetzt - 3 m X 3 m X1 m für einen Kolbenkompressor, 1,8 m X 1,2 m X 1,2 m für einen langsamlaufenden Radial verdichter und nur 0,8 m X 0,8 m X 0,7 m für einen zweistufigen Verdichter gemäss der Erfindung. Derselbe eignet sich insbeson dere für die Presslufterzeugung in Werk stätten, Stahlwerken, Bergwerken sowie für die Treibgaserzeugung und zum Einbau in Gasturbinenanlagen, ferner für die Verdich tung von Gasen und Dämpfen in chemischen Prozessen.
Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind auf der beilie genden Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine erste Ausführungsform in einem Axialschnitt, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform in einem Axialschnitt und Fig. 3 eine Ansicht ihre Läufers bei abgedeckter Gehäusehälfte, teilweise nach der Linie I-I der Fig. 2 geschnitten.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1. ist der Läufer 1 im Bereich der Schaufelun- gen so ausgebildet, dass zwei annähernd kegelstumpfförmige Laufradkörper 2 und 2' entstehen. Die Schaufeln 3 und 3' sind so geformt, dass sie in den von der Achse 4 weiter entfernt liegenden Zonen bezüglich senkrecht zur Laufradachse 4 gelegten Schnitten radial gerichtet sind. Durch diese Form lässt sich erreichen, dass bei den ge forderten hohen Umfangsgeschwindigkeiten von mindestens etwa 300 m/s, wie sie für hohe Stufendruckverhältnisse nötig werden, zu den bedeutenden Fliehkraftbeanspru chungen in den Schaufeln 3 und 3' keine zusätzlichen Biegespannungen hinzutreten.
Der Läufer ist beidseitig an den Stellen 5 gelagert und auf der einen Seite mit cler Antriebswelle 6 gekuppelt. Das Verdichter gehäuse setzt sich aus einem Enlaufteil 7, einem Umlenkteil 8 und der Austrittsspirxle 9 zusammen. Der Umlenkteil 8 wird durch eine die Laufradschaufe1ung 3' unmittelbar umgebende Zwischenwand 8' gegen das Laufrad abgegrenzt, wodurch ein Ringraum entsteht, in welchen die Kühlvorrichtung 10 eingebaut ist.
Letztere besteht beispielsweise aus einer Rohrschlange, der durch einen Ein lassstutzen 16 Kühlmittel zugeführt wird, welsches nach der Wärmeaufnahme vom ge förderten Stoff das Verdiehtergehäusedurch den Stutzen 17 wieder verlässt.
Ebenso wie das Verdichtergehäuse zum Einbau des Laufrades zweiteilig ausgeführt sein muss - in der Fig. 1 ist dies durch ver schiedene Sühraffur der untern und obern Schnittflächen kenntlich gemacht - ist auch die Rohrschlange zu teilen. Zu diesem Zweck könnten beispielsweise die halbkreisförmigen Hälften der Rohrwindungen an ihren Enden an Rohrböden befestigt und die so gebildeten Kühlerhälften für sioh in die Gehäusehälften eingefügt werden.
Es wäre auch denkbar, die Rohrschlange durch mehrere aus geraden Rohren gebildete Bündel zu ersetzen, wobei die Rohrbündel durch besondere Öffnungen in der Gehäusewand eingeführt werden könnten, welche durch gleichzeitig die Rohre zusammenfassende Deckel verschliessbar wären.
Das zu verdichtende Medium, z. B. atmo sphärische Luft, tritt in Richtung des Pfeils 11 in die Schaufelung 3 der ersten Stufe ein, wo er vorverdichtet und durch den Dif fusor 12 in den Umlenkteil 8 gefördert wird. Nach Durchströmen des Umlenkteils und der darin angeordneten Kühlvorriehtung 10 tritt .der vorverdichtete Stoff in Richtung des Pfeils.
1,3 in die S.chaufelung 3' der zweiten Stufe ein und verlässt sie über einen zweiten Diffusor 14 und ,die Austrittsspirale 9 durch den Stutzen 15, von welchem aus er den Ver brauchsstellen zugeführt werden kann.
Das Verdichtergehäuse hat durch die Anordnung der Kühlvorrichtung keine wesentliche Ver grösserung erfahren, denn sein grösster Durch messer ist durch den Umriss der Austritts spirale 9, seine axiale Länge durch den Ab stand der Laufradkörper 2 und 2' gegeben.
Bei der zvneistufigen Ausführungsform nach den Fg. 2 und 3 isst der Läufer 3'8 so ausgebildet, dass die Druckseiten beider Stu- fen gegeneinander gerichtet sind, wobei di@e Schaufelung <B>39</B> zur Niederdruck- und die Schaufelung 39' zur Hochdruekstufe gehört.
Der Verdichter wird mit einer Drehzahl be trieben, bei welcher der Laufradumfang im Bereieh der grössten Durchmesser mit Über- schallgesehwindigkeit umläuft. Bei solchen Umfangsgeschwindigkeiten werden die Schau feln zur Verminderung der Austrittsge schwindigkeit der Strömung mit Vorteil der art gegen den Drehsinn rückwärts gekrümmt, dass sie am Austritt aus dem Laufrad mit der Tangente 40 an den Umfang desselben einen Winkel a einschliessen, dessen Cosinus grösser als das Verhältnis der Geschwindig keit der Strömung beim Austritt aus den Schaufelungen 39 bzw.
39' zur doppelten Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades im Bereich der Austrittskante ist. Der Läufer 38 ist beidseitig bei 19 im Verdichtergehäuse 2M gelagert und auf der einen Seite mit einer Antriebswelle 20 gekuppelt. Der den Nieder- druelkteil des Läufers 38 umschliessende Teil des Gehäuses 21 ist so ausgeführt, dass der in Richtung der Pfeile 22 angesaugte Stoff durch die zwischen den Schaufeln 39 liegen den Kanäle 23 in den Diffusor 24 strömt und in Richtung des Pfeils 25 im äussern Gehäusehohlraum 26 nach innen weisend umgelenkt wird.
Zu diesem Zweck ist ausser der die Laufradschaufelung 39 unmittelbar umgebenden Zwischenwand 41 eine weitere Zwisehenwand 42 vorgesehen, welche zusam men mit der Wand 41 eine Art Trichter 27 für den Übertritt der Strömung in die ,durch die Wandungen der Diffusoren 24 entstehen den Kanäle 28 bilden. Durch die Kanäle 28 gelang t der Stoff in den ringförmigen Hohl raum 29 des Gehäuses 21, welcher gegen den Läufer durch die Zwischenwaud 43 abge grenzt ist.
Im Hohlraum 29 wird die Strö mung in Richtung der Pfeile 33 umgelenkt und dem Hochdruckteil des Verdichters zu- efiihrt. Der weiter verdichtete Stoff strömt zwischen den Schaufeln 3,9' hindurchinRich- tung des Pfeils 31 und durch den Diffusor 30 in die Spirale 32 und gelangt aus dieser über den Druckstutzen 34 zu den Verbrauchs stellen.
Die Kühlvorrichtung ist in zwei Teile aufgeteilt. Sie besteht hier beispielsweise aus einem Rohr 35, welches in konzentrischen Windungen in den ringförmigen Hohlräu men 26 und 29 angeordnet ist. Das Kühl mittel wird bei 36 in glas Rohr 35 eingeführt und tritt an der Stelle 37 wieder aus. Durch die in Fig. 2 gezeigte besondere Ausbildung des Gehäuses 21 wird der zu fördernde Stoff gezwungen, die beiden Teile der Kühlvor richtung in entgegengesetztem Sinne zu durchströmen. Hierdurch lässt sich erreichen, dass er diejenigen Rohrwindungen kurz vor Eintreten in die Hochdruckstufe durchströmt, welche das frische, also noch nicht erwärmte Kühlmittel enthalten.
Die Rohrwindungen müssen auch bei dieser Ausführungsform ge teilt werden, um den Einbau des Laufrades zu ermöglichen.
Die oben geschriebenen Verdichter können sinngemäss auch mit mehr als zwei Stufen ausgeführt werden, wobei beispielsweise zwei in Fig. 2 gezeigte V urdichter an ein zentrales Getriebe angeschlossen sein könnten, das von einer einzigen Antriebsmaschine angetrieben wird, so dass jedes der beiden Verdichter- a.ggregate mit der ihm .günstigsten Drehzahl betrieben werden kann.
Unter die Erfindung fallen ebenfalls Ausführungsformeln, bei wel chen ein mehrstufiger Schleuderverdichter über eine erfindungsgemäss in diesen einge baute Kühlvorrichtung mit einer weiteren Verdichtungsstufe, beispielsweise als Kolben- oder Drehkolbenverd'ichter ausgebildet, ver bunden ist.
Es wäre auch mögUch;drei oder mehr Stufen auf dem gleichen Läuferkörper vorzusehen, wobei die Kühlvorrichtungenent- spre.chen.d .den beschriebenen Ausführungsfor men in die jeweils vorhandenen Ringräume einzubauen wären.