Mehrstufiger Zentrifugalverdichter Die Erfindung bezieht sich auf einen mehr stufigen Zentrifugalverdichter in Eingehäuse- -bauart. und besteht darin, dass mindestens die erste Stufe mit einem offenen Laufrad und die übrigen Stufen mit.
geschlossenen Lauf rädern ausgeführt. sind. Insbesondere können hierbei alle Laufräder den gleichen Aussen- durchmeu & ser besitzen. Vorzugsweise ist das Axia.llager der Rotorwelle auf der Seite der ersten Stufe angeordnet.
Bei Radialverdiehtern mit offenen Lauf rädern sind die Laufschaufeln einseitig an einer Laufscheibe angebracht, oder mit ihr musam.men ausgebildet. Die axiale Begrenzung für den Schaufelkanal wird einerseits durch die Laufscheibe und anderseits durch einen feststehenden Gehäuseteil gebildet. Diese Lau.f- räder können mit,
verhältnismässig hoher Um.. fangsgesehwin(digkeit umlaufen und. erzeugen deshalb beträchtliche Druckerhöhungen. Ihre maximale Sehltiekfähigkeit hängt. weniger vom Eintrzttsquersehnitt ab, der in weiten Grenzen v eränderlieh ist., sondern im wesentlichen vom Austrittsquerschnitt, da.
die .Schaufelbreite bei einer gegebenen Umfangsgeschwindigkeit aus schwingungstechnischen Gründen eine be stimmte Grösse nicht überschreiten darf.<B> i</B> Nachteil dieser %diialverdichter mit offenen Laufrädern - insbesondere wenn man sie mehrstufig ausführen wollte - ist zu nennen, dass sie ein sehr kleines Arbeitsfeld besitzen,
dass also bei einer geringen Erhöhung der Durehflussmenge der Druck stark abfällt bzw. bei einer geringen Verminderung der Durch flussmenge bereits die Pumpgrenze erreicht wird.
Weiterhin sind offene Laufräder sehr empfindlich gegenüber axialen Verschiebun gen, wie sie durch unterschiedliche Wärme- dehnungen entstehen.
Entweder schleifen die Schaufeln an den feststehenden Gehäuseteilen, welche den Schaufelkanal begrenzen, oder aber der Spalt zwischen diesen Teilen und den Schaufeln wird so gross, dass die Spaltver luste den Wirkungsgrad unzulässig herabset zen.
Auch der Durchmesser der Laufräder müsste bei den hintern Stufen beträchtlich herabgesetzt werden, da sonst wegen dies durch die vorausgegangene Druckerhöhung vermin dorten Volumens die Schaufeln bei einem gro ssen Durchmesser sehr schmal würden und deshalb wiederum die Spaltverluste zu sehr ins Gewicht fallen würden. Man kann <RTI
ID="0001.0096"> also die maximal mögliche Druckerhöhung gar nicht ausnutzen.
Aus allen diesen Gründen werden bei mehrstufigen Radialverdiehtern im wesent- lichen alle Stufen mit. geschlossenen Lauf rädern .ausgeführt. Hierbei sind wiederum die Schaufeln einsseitig mit. einer Laufscheibe ver bunden, welche gleichzeitig die eine axiale Begrenzung des Schaufelkanals bildet, wäh rend die andere Seite des Schaufelkanals durch eine.
Deckscheibe begrenzt. wird, die ebenfalls fest mit den Schaufeln verbunden ist. Es können also in diesem Schaufelkanal keine Spaltverluste mehr entstehen.
Die Deck- scheihe besitzt an ihrem innern Umfang einen Wulst, der in erster Linie aus: Gründen der Festigkeit erforderlich ist. Zwischen diesem und der Welle bleibt ein ringförmiger Quer schnitt. frei, durch den das Medium in die Schaufelung strömen kann.
Die maximal zu lässige Umfangsgeschwindigkeit eines geschlos senen Laufrades ist. geringer als, die eines of fenen, denn die durch die Fliehkräfte erzeng- ten Spannungen im Wulst der gelochten Deck scheibe dürfen einen zulässigen Wert nicht.
überschreiten. Da die geschlossenen Laufräder meist nach rückwärts gekrümmte Schaufeln besitzen, sind auch die bei steigender Um fangsgeschwindigkeit- wachsenden Biegebean- spruchmigen der Schaufeim zu berüelzsicliti- gen. Bei gleicher Drehzahl besitzt also ein geschlossenes Laufrad bei optimaler Ausnüt- zung einen kleineren.
Durchmesser als ein of fenes Laufrad. Die maximale Schluckfähigkeit eines geschlossenen Laufrades kann von dem Austrittsquerschnitt abhängen, da, wegen der Biegebeanspruchungen eine zulässige Schau felbreite nicht überschritten werden darf.
In erster Linie hängt die maximale Schllickfäliig- keit aber von dem ringförmigen, zwischen dein Wulst der Deckschellbe und der Welle liegen den E.intrittsquersehnitt ab.
Dieser Quer schnitt lässt sich nicht beliebig vergrössern, da einerseits eine Schwächung der Welle wegee. der Herabsetzung der kritischen Drehzahl kaum in Betracht gezogen werden kann und da anderseits ein Aufwerten des Wulstes Ho wohl zusätzlich erhöhte Spannungen im WL lst nach sieh ziehen als auch wegen des begrenz- tenAussendurehmessers die <RTI
ID="0002.0066"> Schaufellänge her absetzen würde, so dass keine hinreiehende Druckerhöhung mehr erzielt, werden könnte.
Da die @cliluckfä.higheit. eines gesehlo;sse- nen Laufrades begrenzt ist, und damit die Durchflussmenge des Arbeitsmittels für einen mehrstufigen Radialverdiehter mit, gesehlos- senen Laufrädern von dem Aufnahmevermö gen der ersten Stufe abhängt., ist. man sehr daran interessiert,
Mittel z11 finden, um die Durchflussmenge eines solchen RadiaIverdieh- ters zu erhöhen. Selbstverständlich kann man eine grössere Type verwenden, man kann zwei Verdichter parallel oder einen Niederdruck und einen Hochdruckverdichter mit unter schiedlieher Drehzahl hinterein@anderschalten. Dies erfordert aber nicht.
nur einen erhöhten Platzbedarf, sondern auch erhöhte Kosten. Es ist bereits bekannt, wenigstens die ersten Stu fen eines mehrstufigen Radialverdichters dop pel,flutig mit geschlossenen Laufrädern aitszu- bilden, so d'ass zwar eine erhöhte Durchfluss- menge verdichtet wird, da.ss aber ebenfalls ,
durch die Verdoppelung der ersten Stufen der Strömungswiderstand, der Raumbedarf und die Kosten erhöht, werden. Wenn bei- spielsweise die doppelte Durchflussmenge ge fördert. werden sodd, müssen mindestens die beiden ersten Stufen doppelflutig sein, damit das Medium soweit verdichtet. wird, dass es der Schluckfähigkeit der nachfolgenden ein flutigen Stufe entspricht..
Eine Steigerung der Durchflussmenge un ter gleichzeitiger Vermeidung dieser Nachteile ist mit Hilfe der Erfindung möglich.
Stellt man siech der Einfachheit. halber einen gege benen mehrstufigen Radnailverdichter mit ge schlossenen Laufrädern vor, dessen erste Stufe so ausgelegt isst, dass sie eine angemessene Druckerhöhung bewirkt und dabei eine opti male Sehluekfähigkeit besitzt, so kann durell das Vorschalten einer Stufe mit.
einem offenen Laufrad in dem gleichen Gehäuse die Durch- flussmenge beträchtlich erhöht, werden, und zwar wesentlich stärker ass es mit- einer vor geschalteten doppelflut igen Stufe mit.
geschlos- senen Laufrädern möglich wäre. Da die maxi male Schluckfähigkeit eines offenen Laufrades den mehrfachen Wert der Schluckfähigkeit eines gesch assenen Rades annehmen kann, ist ;
es ohne Schwierigkeiten möglich, das offeneRad so auszubilden, d@ass die aus ihm austretende, verdichtete Arbeitsmittelmenge ein Volumen besitzt, das gerade der Sehluekfähigkeit der nachfolgenden, mit, einem gesehlossenen Lauf-, rad ausgeführten Stufe entspricht.
Wird von dem Verdichter neben der Stei- gerung der Durehflussmenge nicht gleichzeitig eine zusätzliche Druckerhöhung gefordert, so kann für das vo geseha:ltete offene Laufrad, mindestens die letzte Stufe des Verdiehters in Fortfall kommen.
Da einerseits ein offenes Laufrad eine grössere Druckerhöhung bewirkt als ein geschlossenes Laufrad mit. gleichem Durchmesser und da anderseits vielfach die letzten Stufen :
des Verdichters kleinere Lauf- radduTchmesser besitzen und damit auch eine geringere Druckerhöhung bewirken als die er sten Stufen (weil sonst die Schaufelbreite wegen der durch die Verdichtung bedingten Verminderung des Austrittsquerschnittas zu klein werden würde),
können in vielen Fäl len für die eine vorgeschaltete Stufe mit offe nem Laufrad zwei der letzten Stufen mit ge- schlossenem Laufrad in Fort,fa, R kommen, so dass der ganze Verdichter kürzer wird.
Die nunmehr letzten Stufen können wegen der er höhten Durchflussmenge mit ausreichend brei ten Schaufeln versehen werden, auch wenn der Aussendurchmesser dieser Laufräder nicht herabgesetzt, wird. So können sämtliche Stu fen des Verdichters mit Laufrädern des Blei ehen Aussendurchmessers ausgerüstet werden, was eine beträchtliche Vereinfachung bedeutet.
Es empfiehlt sich, das Axiallager der Ro- torwelle auf der Seite der ersten Stufe an zuordnen. Bei einer Erwärmung des Verdich- ters würden dann infolge ungleicher Wärme- dehnu.ngen in der ersten Stufe die gering- sten axialen Verschiebungen auftreten,
so dass sich die bereits geschilderte Empfindlichkeit eines offenen Laufrades gegenüber solchen Verschiebungen nicht auswirken kann.
Auf alle Fälle ist, vermieden, dass die Schaufeln des offenen Laufrades an den feststehenden Gehäuset.eiden & hl eifen-was ztuei:nemSchau- felbriich führen könnte -, da sich bei der vorgeschlagenen Anordnung höchstens der Spalt zwischen den Schaufeln und den Ge häuseteilen geringfügig auf-weiten kann.
Ein Au sführun'msbeispiel des. Erfindungs- gegenstandes - ein vierstufiger Ra.dialver- dichter, dessen erste Stufe mit. einem offenen und dessen drei andere Stufen mit gesehlos- senen Laufrädern ausgeführt. sind. - wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Das Arbeitsmittel tritt in den Verdichter durch den im Gehäuse 1 ausgebildeten Einlass 2 ein. Es wird von dem Vorsatzläufer 3 in den Schaufelkanal 4 der ersten, mit einem offenen Laufrad ausgeführten Stufe gelenkt. Der Schaufelkanal wird in axialer Richtung, einerseits durch die Laufscheibe 5, mit der die Schaufeln verbunden sind, -und anderseits durch einen Gehäusertei.1 6 begrenzt..
Anschlie ssend tritt dass Arbeitsmittel in den feststehen den Diffusoreinsatz 7, in dem ein Teil des dynamischen Druckes des Arbeitsmittels in statischen Druck inngewandelt wird.
Dann strömt das Medium durch den zusammen mit dem Gehäuse ausgebildeten Rückführkanal 8 nach innen,
wird erneut inngelenkt und tritt in den Schaufelkanal 9 der zweiten Stufe mit einem geschlossenen Laufrad ein. Die Schau- feln sind einerseits mit der Laufscheibe 10 und anderseits mit der Deckscheibe 11 verbun den.
Der innere Umfang dieser Deckscheibe 11 ist durch einen WullSt 12 verstärkt. An den Schaufelkanal 9 schliesst sich wiederum ein feststehender Diffusoreinsatz 13 an.
Die zwei folgenden Stufen sind in ähnlicher Weise wie die zweige Stufe mit den Teilen 8 bis 13 aus- geführt. Das Arbeitsmittel verlässt den Ver dichter durch den ebenfalls im Gehäuse 1 aus gebildeten Auslass 14, der ein Ringraum oder auch ein Spiralraiun sein kann.
Die Laufscheiben 5 bzw. 10 sitzen auf der Welle 1.5, wobei gegebenenfalls als Abstands- stücke Einsätze 16 verwendet werden.
Die Welle 15 We einerseits in dem Radialla.ger 17 gehalten, das in dem Lagergehäuse 18 abge stützt wird, und anderseits in dem Radial lager 19, das in dem Lagergehäuse 20 abge- stützt wird. Zusammen mit, dem Radiallager 19 ist auf der Seite der ersten Stufe ein Axial lager 21 ausgebildet.
Die Wellte 15 ict über eine Kupplung 22 mit einer Antriebsmaschine verbunden. Der Innenraum des Verdichters ist mit Hilfe der Dichtungen 23 nach aussen hin abgedichtet. Ausserdem wird ein Kolben 24 zum :Schubausgleich verwendet.
Sofern die kritische Drehzahl eine grössere Länge der Welle zulässt, können diese Ver dichter auch mit fünf oder mehr Stufen aus geführt werden.
Eine geringe Verkürzung in axialer Richtung kann noch dajd'ureh erzielt werden, da.ss man den Vorsatzläufer 3 fort, lässt und statt dessen die Schaufeln 4 am Eintritt so ausbildet, dass sie das Arbeitsmittel :stossfrei in den Schaufelkanal. der ersten Stufe umlenken.
Der beschriebene Zentrifugalver dichter besitzt Laufräder, in: denen das Ar beitsmittel bei einer Bewegung im wesent- lichen in radialer Richtung verdichtet wird. Hierbei sind axiale Komponenten aber nicht ausgeschlossen, so dass auch Diagonalräder Verwendung finden können.
Sollte die mit. Hilfe eines offenen Lauf rades geförderte Arbeitsmittelmenge noch zu gering sein, so kann auch die zweite Stufe mit. offenem Laufrad ausgeführt werden. Mehr als zwei Stufen mit offenem Laufrad wird man sich für Sonderfälle vorbehalten.