CH252609A - Mehrstufiger Verdichter. - Google Patents

Mehrstufiger Verdichter.

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CH252609A
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Inventor
Aktiengesellschaft Gebr Sulzer
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Sulzer Ag
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/5826Cooling at least part of the working fluid in a heat exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08Centrifugal pumps
    • F04D17/10Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/12Multi-stage pumps

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Description


  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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Mehrstufiger Verdichter mit mindestens einer zwischen zwei Stufen eingeschalteten Kühlvorrichtung und mit einem Laufrad in jeder Stufe, das annähernd die Form eines abgestumpften Kegels besitzt, dadurch ge kennzeichnet, dass .die Kühlvorrichtung inner halb eines Ringraumes angeordnet ist, der einerseits durch die annähernd kegelstumpf- förmig ausgebildete,
    die Laufradschaufeln einer Stufe umgebende Wandung und ander seits durch die Aussenwandung des Gehäuses begrenzt ist. UNTERANSPRÜCHE: 1. Mehrstufiger Verdichter nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die einer Stufe nachgeschaltete Kühlvorrichtung in dem Ringraum angeordnet ist, welcher die Schaufelung der nachfolgenden Stufe um gibt. 2. Mehrstufiger Verdichter nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen zwei Stufen eingeschaltete Kühl- Vorrichtung in zwei ringförmige Teilkörper eingeteilt ist, wovon der eine die erste der beiden Stufen umgibt und der andere die zweite der beiden Stufen umgibt. 3.
    Mehrstufiger Verdichter nach Patent anspruch und Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass sein Läufer zwei annähernd kegelstumpfförmige Flächen mit gemeinsa mer Basis aufweist, wovon jede die Schaufe- lung einer der beiden Stufen trägt, und dass die zwischen den beiden Stufen einges-clial- tete gühlvorfiehtung aus zwei Teilen besteht, wovon jeder eine der Stufen umgibt.
CH252609D 1945-01-13 1945-01-13 Mehrstufiger Verdichter. CH252609A (de)

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