Turboverdichteranlage mnit Rekuperationsturbine Die Erfindung bezieht sieh auf eine Turbo- verdiehteranlage, bei welcher der Verdichter mit der Rekuperationsturbine gekuppelt ist.
1 ie ist. dadurch gekennzeichnet, Re- dass die Re- kuperationsturbine mit einem Diffusor an der Austrittsseite und mit einem Leitapparat mit verstellbaren Leitschaufeln vor dem ersten Laufsehaufelkranz ausgerüstet ist.
In Rekuperationsturbinen wird bekannt lich unter Leistungsrückgewinnung ein Teil des in einem Verdichter komprimierten Me diums - beispielsweise Luft - wieder ent spannt, so dass auch bei einer geringen Menge der an einer Verbrauchsstelle benötigten Dreckluft der Verdichter nicht unter die Pumnpgrenze gerät. Die Regulierung der An lage bzw. der Verbrauelhsmenge geschieht durch Veränderung der Rekuperationsmenge. 1Der Regulierbereieh ist also nach oben durch die bei einer bestimmten Drehzahl durch den Verdichter geförderte Luftmenge begrenzt. Wieweit sieh der Bereich nach unten er streckt, Hängt davon ab, wie gross die Teil menge ist, die malimal in der Rekuperations- turbinre entspannt werden kann.
Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, den Regulierbereich einer solchen Anlage be trächtlich gegenüber bekannten Anlagen zu vergrö Bern, weil nunmehr die Rekuperations- turbine bei verbessertem Wirkungsgrad im ganzen Regulierbereich eine grössere Luft menge verarbeiten kann. Man könnte zwar annehmen, dass sich die Erhöhung des Durch- sattes einfach durch Vergrösserung der Ab messungen der Turbine erreichen liesse. Dabei wird aber übersehen, dass der Turbinengrösse in radialer Richtung durch die mechanische Beanspruchung infolge der Fliehkräfte eine Grenze gesetzt ist.
Auch eine Anpassung der Drehzahl an die jeweilige Rekuperations- menge ist nicht möglich, weil die Rekupera- tionsturbine mit dem Verdichter gekuppelt sein soll.
Steigert man aber die Durchsatz menge über das bisher übliche Mass hinaus, so ergibt sich eine sehr grosse absolute Aus trittsgeschwindigkeit aus dem Laufschaufel- kranz. In diesem Fall ginge aber an Aus trittsenergie des entspannten Mediums so viel verloren, dass durch die Rekuperationsturbine nur noch ein geringer Teil der Leistung zu- riiekgewounen werden könnte.
Gemäss der Erfindung wird nun dieser Nachteil dadurch behoben, dass an der Aus trittsseite der Turbine ein Diffusor angesetzt ist. Ein solcher Diffusor wäre aber nur bei gleiehmässiger Beaufschlagung des vorgeschal teten Turbinenrades voll wirksam. Dies ist jedoch mit Hilfe der bisher üblichen Regu lierung durch zu- und abschaltbare Düsen gruppen nicht möglich. Gemäss der Erfindung wird dagegen vorgeschlagen, die Regelung mit Hilfe eines Leitapparates mit, verstellbaren Leitschaufeln vor dem ersten Laufschaufel kranz auszuführen.
Darüber hinaus hat die Düsengruppen regulierung bekanntlich den Nachteil, dass der Turbinen-Wirkungsgrad nur in einigen Be triebspunkten einen optimalen, dagegen in benachbarten Punkten bereits einen wesentlich schlechteren Wirkungsgrad besitzt. Im Gegen satz dazu sinkt der Wirkungsgrad bei der Re gulierung mit Hilfe eines Leitapparates im gesamten Regulierbereich nur unwesentlich unter den optimalen Wert.
Bei gegebenem Laufsehaufel-Austrittswin- kel und gegebener Umfangsgeschwindigkeit ist bei stark variierender Rekuperationsmenge die Richtung der absoluten Austrittsgeschwindig keit stark veränderlich. Damit kann sich bei grossen Durchsatzmengen auch eine grosse Komponente der absoluten Austrittsgeschwin digkeit in Umfangsrichtung einstellen. Diese Komponente wird bei einem rein axialen Diffusor durch Wirbelung vernichtet. Somit geht ein Teil der Austrittsenergie verloren. Wenn man dagegen den Abstand der Mittel linie des Diffusorkanals von der Rotations achse in Austrittsrichtung zunehmen lässt, wird nach dem Gesetz der Erhaltung des Dralls auch die Umfangskomponente der ab soluten Austrittsgeschwindigkeit verzögert und damit auch noch die dieser Komponente entsprechende Energie gewonnen.
Die genannten Vorteile gelten insbeson dere, wenn die Rekuperationsturbine einstufig ausgeführt ist. In diesem Falle wäre einer seits die Wirksamkeit des Diffusors durch ungleichmässige Beaufschlagung bei Düsen gruppenregulierung besonders gefährdet, an derseits ist aber die beste Ausnutzung der Turbine über den genannten Regulierbereich zu erzielen. Einstufige Rekuperationstur- binen werden nicht nur dort benutzt, wo der Verdichterenddruck sehr niedrig ist, sondern mit Vorteil auch dort, wo man durch Abzwei gen der Teilmenge aus einer Zwischenstufe des Verdichters den Rekuperationsdruck der ein stufigen Turbine angepasst hat.
Besonders güinstig ist es, wenn das Lauf rad der Rekuperationsturbine fliegend ange bracht und der verstellbare Leitschaufelkranz auf der dem Turboverdichter abgewandten Seite dieses Rades angeordnet ist. Diese von der bisherigen Bauweise abweichende Kon- struktion ermöglicht es, den Verstellmechanis- mus für die Leitschaufeln in Verlängerung der Turbinenachse und somit zentrisch anzubrin gen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Die in dem Turboverdichter 1 kompri mierte Luft wird durch den Austrittsstutzen 2 über die Hauptleitung 3 zu einer nicht darge stellten Verbrauchsstelle geführt. Ein Teil der aus dem Stutzen 2 austretenden Luft menge kann über den Eintrittsstutzen 4 in die Rekuperationsturbine 5 geleitet werden. Sie durchströmt den Leitsehaufelkranz 6, den Laufschaufelkranz 7, den Diffusorkanal 8 und verlässt die Turbine durch den Austritts stutzen 9. Die Laufschaufeln sind an einem fliegend montierten Rad 10 befestigt, welches in den Lagern 11 gehalten und durch die Kupplung 12 mit der Welle des V erdiehters starr gekuppelt ist. Die Leitschaufeln 6 kön nen mit Hilfe des durch den Servomotor 13 gesteuerten Einstellmechanismus 14 verdreht werden.
Infolge des fliegend angeordneten Laufrades 10 und der auf dessen dem Ver dichter 1 abgewandten Seite angebrachten ver stellbaren Leitschaufeln 6 kann der gesamte Verstellmeelranismus 14 einschliesslich des Servomotors 13 zent.riseh in Verlängerung der Turbinenachse an-ebraeht werden.
Lediglich durch das Verstellen der Leit schaufeln 6 kann bei einer gegebenen An lage der gesamte Regulierbereich bestrichen werden. Wollte man eine mehrstufige, bei spielsweise eine zweistufige Rekuperations- turbine verwenden, so könnte ein zweiter ver stellbarer Leitsehaufelkranz zwischen dem ersten und dem zweiten Laufsehaufelkranz angeordnet werden. Es genügt. aber im all gemeinen ein einziger verstellbarer Leitschau felkranz vor dem ersten Laufschaufelkranz.