Mehrstufiger Radialverdichter Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Radial verdichter mit in Achsebene geteiltem Gehäuse und mit im Gehäuse angeordneten, den Strömungsweg des Arbeitsmittels zwischen dem Laufradaustritt einer Stufe und dem Laufradbintritt der nächstfolgenden Stufe mindestens teilweise begrenzenden Einsätzen.
Bisher bekannte Bauformen von Radialverdich- tern der geschilderten Art weisen in der Regel ent weder zusammen mit der entsprechenden Gehäuse hälfte gegossene Strömungskanäle für das über führen des Arbeitsmittels von einer Laufradstufe in die nachfolgende Stufe auf, oder diese Strömungs kanäle sind wenigstens teilweise durch im gegossenen Gehäuseteil angeordnete Einsätze gebildet,
die zu gleich auch Trennwände zwischen den einzelnen Stufen darstellen und als Ganzes auf einer Auflage fläche an der Innenseite des etwa zylindrischen Ge häusemantels in axialer Richtung abgestützt sind. Beide Ausführungsformen sind mit Nachteilen verbunden. ES sind dies einerseits giesstechnische Schwierigkei ten und anderseits solche strömungstechnischer und festigkeitsmässiger Natur. Bei vollständig mit strö mungsführenden Teilen und Trennwänden aus einem Stück gegossenen Gehäusehälften ist es häufig schwie rig, eine Verschiebung der benötigten komplizierten Kerne während des Giessvorganges zu verhindern.
Ferner lässt bei aus einem Stück mit den Strömungs kanälen gegossenen Gehäusehälften de Oberflächen beschaffenheit der die Kanäle begrenzenden Wände häufig zu wünschen übrig.
Für beide der eingangs erwähnten bekannten Ausführungsformen ergibt sich beim Übergang auf höhere Arbeitsdrücke - zum Beispiel 50 kg/cm2 als weitere Schwierigkeit, dass die Verwendung von Grauguss als Werkstoff für Gehäuse und Einsätze ausscheidet und aus Festigkeitsgründen anstelle von Grauruss Stahlguss tritt.
Die Giesseigenschaften von Stahlguss unterscheiden sich nun aber insofern un günstig von denjenigen von Grauguss, als der Stahl ein erheblich vermindertes Formfüllungsvermögen aufweist. Diese Eigenschaft verunmöglicht praktisch das Giessen dünner Rippen und feststehender Schau felpartien zusammen mit den dickeren Wandteilen des Gehäuses und der Trennwände aus einem Stück.
Die gleichen Verhältnisse liegen vor bei Verdichtern, bei welchen die zur Strömungsführung und zur druckhaltenden Trennung zweier aufeinanderfolgen der Stufen dienende Einsätze und Trennwände in das Gehäuse eingesetzt und als Ganzes auf der Gehäuse innenseite mit Hilfe einer Auflagefläche abgestützt sind.
Die erheblichen Druckkräfte, welche vom Ar beitsmittel bei höheren Arbeitsdrücken auf die ge nannten Einsatzteile ausgeübt werden, bedingen auch hier die Verwendung von Stahlguss. Dem steht jedoch wieder die Schwierigkeit entgegen, im Strömungsweg des Arbeitsmittels liegende Teile wie Diffusor- und Rückführschaufeln und Verstärkungsrippen aus Stahl guss möglichst dünn zu giessen.
Die Erfindung ermöglicht, die geschilderten Nach teile weitgehend auszuschalten. Die Erfindung ist ge kennzeichnet durch mit den Gehäusehälften ein Stück bildende, geteilte Zwischenböden zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Stufen zur Abstützung von in axialer Richtung durch das Arbeitsmittel aus geübten Druckkräften.
Insbesondere ermöglicht die Erfindung, die zur Strömungsführung und zur druckhaltenden Trennung einzelner Druckstufen dienenden Einsatzteile weit gehend von Biegemomenten zu entlasten. Die vom Arbeitsmittel in axialer Richtung ausgeübten Druck kräfte wirken zu einem Teil direkt auf die mit den Gehäusehälften ein Stück bildenden Zwischenböden.
Zum anderen Teil wirken sie auf die Einsätze, wobei letztere dank ihrer Abstützung die auf die wirkenden Kräfte auf kürzestem Wege auf die Zwischenböden übertragen. Es ergibt sich somit eine weitgehende Trennung von tragender Struktur und strömungs führenden Teilen, womit letztere praktisch ohne Rück sichtnahme auf Festigkeit in strömungstechnisch günstiger Art ausgebildet werden können.
Die mit den Gehäusehälften ein Stück bildenden Zwischenböden können als im Gehäusemantel starr eingespannte Platten betrachtet werden. Es ergeben sich somit sehr einfache und leicht übersehbare Spannungsverhältnisse. Das Giessen der Gehäuse hälften zusammen mit den Zwischenböden aus einem Stück in Stahlguss bietet giesstechnisch keine Schwie rigkeiten. Die Zwischenböden können an ihrem Über gang in den Gehäusemantel eine beträchtliche Wand stärke aufweisen, was eine sehr günstige Übertragung der Kräfte vom Zwischenboden auf das Gehäuse erlaubt.
Die aus einem Stück mit dem Gehäuse bestehen den Zwischenböden können - wie erwähnt - vor teilhaft aus Stahlguss bestehen. Es wäre aber auch möglich, die Zwischenböden durch mit den Gehäuse hälften verschweisste halbringförmige Scheiben zu bilden.
Dank der geschilderten günstigen Spannungsver hältnisse kann für die Einsätze ein Werkstoff ver minderter Festigkeit gewählt werden. Insbesondere ermöglicht die Erfindung, für die Einsätze einen Giess werkstoff mit gutem Formfüllungsvermögen zu ver wenden, zum Beispiel Grauguss, Sphäroguss oder Leichtmetallguss. Schliesslich empfiehlt es sich, den Innendurchmesser der Zwischenböden kleiner als den grössten Durchmesser des benachbarten Laufrades zu wählen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein mehr stufiges Radialgebläse und Fig. 2 im Detail die An ordnung eines durch Schweissen mit dem Gehäuse verbundenen Zwischenbodens.
Der Verdichter ist in der horizontalen Achs ebene geteilt und besitzt die beiden Gehäusehälften 1 und 2, die aus Stahlguss hergestellt sind. Das Arbeits mittel tritt in das Gehäuse durch den in der Gehäuse hälfte 2 ausgebildeten Einlass 3 ein und wird durch den Eintrittskanal 4 in die Schaufelkanäle 5 der ersten, mit einem geschlossenen Laufrad ausgeführ ten Stufe umgelenkt. Anschliessend tritt das Arbeits mittel in den feststehenden Diffusoreinsatz 6, wo ein Teil der Geschwindigkeitsenergie in Druck umge wandelt wird. Der Diffusoreinsatz weist zur Strö mungsführung dienende Schaufeln 7 auf.
Dann strömt das Arbeitsmittel durch den Rückführkanal 8 nach innen, wird erneut umgelenkt und tritt in die Schau felkanäle 9 der zweiten, wiederum ein geschlossenes Laufrad aufweisenden Stufe ein. Die weitere Strö mungsführung in den nachfolgenden Stufen entspricht dem vorstehend geschilderten Strömungsverlauf. Das Arbeitsmittel verlässt den Verdichter durch den in den beiden Gehäusehälften ausgebildeten Auslass 10, der ein Ringraum oder auch ein Spiralraum sein kann.
Die Laufräder 11a, <I>b, c</I> und<I>d</I> sitzen auf der Welle 12, wobei zwischen den einzelnen Laufrädern Abstandsstücke 13 angeordnet sind. Die Welle 12 ist einerseits in dem Radiallager 14 gehalten, das in dem Lagergehäuse 15 abgestützt wird, und anderseits in dem Radiallager 16, das in dem Lagergehäuse 17 abgestützt ist. Zur Aufnahme der auf die Rotorbau- gruppe 11, 12 ausgeübten Schubkräfte ist im Lager gehäuse 17 ein Axiallager 18 angeordnet. Die Welle 12 ist über eine Kupplung 19 mit einer nicht gezeich neten Antriebsmaschine verbunden.
Der Innenraum des Verdichters ist mit Hilfe der Labyrinthdichtun- gen 20 und 21 abgedichtet.
Vor und hinter jeder Stufe sind in der Achs ebene geteilte Zwischenböden 24 angeordnet. Diese sind mit der entsprechenden Gehäusehälfte aus einem Stück in Stahlguss hergestellt. Die mittlere Dicke der Zwischenböden 24 ist etwa gleich derjenigen der Gehäusewand. Die Seitenwände der Zwischenböden begrenzen im Bereich ihres Überganges in die Ge- häuseinnenwand einen Teil der Rückführkanäle B.
Der übrige Teil der Rückführkanäle 8 wird von Ein sätzen 25 gebildet, die zusammen mit den Rückführ- schaufeln 26 und den Rippen 28 aus einem Stück in Grauguss hergestellt sind. Die Einsätze 25 sind einerseits in den am inneren Durchmesser der Zwi schenböden 24 vorhandenen Schultersitzen 29 in ra dialer und axialer Richtung gehalten.
Anderseits lie gen die Einsätze 25 im Bereich des Rückführkanals 8 auf einem Teil der der Eintrittsseite des Arbeitsmittels in den Verdichter zugekehrten Seitenfläche der Zwi schenböden 24 auf und können ferner gegebenenfalls über die Diffusoreinsätze 6 auf dem bezüglich Strö mungsrichtung des Arbeitsmittels vorangehenden Zwischenboden abgestützt sein. Die Diffusoreinsätze 6 sind in einer Ausnehmung des Einsatzes 25 zentriert.
Die Einsätze 25 bilden ferner zusammen mit der Deckscheibe des betreffenden Laufrades die Laby- rinthdichtung 31 und zusammen mit den Distanz stücken 13 eine weitere Labyrinthdichtung 32. Die Labyrinthdichtungen 31 und 32 dienen zur druck haltenden Trennung zweier Verdichterstufen.
Die Einsätze 25 besitzen Bohrungen 33 und 34. Diese dienen dazu, einen Ausgleich zwischen den an den betreffenden Stellen der Rückführkanäle 8 herr schenden Drücken und dem Druck in den durch die Bohrungen mit dem Rückführkanal verbundenen, dahinterliegenden Räumen herbeizuführen.
Für die zweite Stufe ergeben sich beispielsweise folgende Druckverhältnisse. Das Arbeitsmittel tritt mit einem Druck p1 in das Laufrad 11b ein, wird hier beschleunigt und gleichzeitig vom Druck p1 auf den Druck p2 am Laufradaustritt verdichtet. Im nach folgenden Diffusoreinsatz 6 erhöht sich der Druck des Arbeitsmittels unter Verminderung der Strö mungsgeschwindigkeit auf den Wert p3. Das Arbeits mittel strömt hierauf mit ungefähr gleichbleibendem Druck p3 durch den Rückführkanal 8 in das nach- folgende Laufrad 11c.
In den Räumen 37 und 38 herrscht etwa der Druck p2, da diese Räume durch die zwischen Laufscheibe beziehungsweise Deck scheibe und dem Diffusoreinsatz 6 vorhandenen Spalte mit dem Laufradaustritt in Verbindung stehen. Im Raum 39 herrscht etwa der Stufenenddruck p3, desgleichen im Raum 40 und im Rückführkanal B.
An derseits herrscht im Raum 41 der Druck p1. Die Ver hältnisse sind beispielsweise so eingerichtet, dass die Druckerhöhung vom Druck p1 auf den Druck p;, zu zwei Dritteln in den Schaufelkanälen des Laufrades 11 b und zum verbleibenden Drittel im Diffusorein- satz 6 erfolgt.
Unter dem Einfluss der geschilderten Arbeitsmitteldrücke ergeben sich auf die Seitenflächen des Zwischenbodens wirkende Druckkräfte, wobei diejenigen Druckkräfte, welche auf die dem Auslass 10 zugekehrte Seitenfläche wirken, grösser sind als die auf die andere Seitenfläche wirkenden Druckkräfte.
Weil im Raum 3 8 ein tieferer Druck herrscht als in dem zur dritten Verdichterstufe führenden Rückführ- kanal 8, ergibt sich ferner eine etwa in axialer Richtung auf den Einsatz 25 wirkende resultierende Druckkraft, die auf den zur dritten Stufe gehörenden Zwischen boden 24 übertragen wird. Die Zwischenböden 24 werden deshalb auf Biegung beansprucht.
Der Diffu- soreinsatz 6 und der Einsatz 25 sind dank der geschil derten Anordnung weitgehend von Biegemomenten entlastet und können - wie bereits erwähnt - ver hältnismässig dünnwandig aus Grauguss hergestellt sein. Ähnliche Verhältnisse finden sich auch in den übrigen Verdichterstufen. Anstelle von Grauguss könnte beispielsweise für die Einsätze 6 und 25 auch eine Leichtmetallegierung, zum Beispiel eine Alumi- nium-Silizium-Legierung, oder Sphäroguss benützt werden.
Die Erfindung ist nicht auf das geschilderte Aus führungsbeispiel beschränkt. Vielmehr könnten die Zwischenböden auch gemäss Fig.2 als halbringför mige Scheiben 45 ausgebildet sein, welche durch Schweissnähte 46 mit dem Gehäuse 47 verbunden sind und so mit letzterem ein Stück bilden. Hinsichtlich Entlastung der Einsätze günstige Verhältnisse ergeben sich in jedem Falle, wenn der Innendurchmesser der Zwischenböden kleiner als der grösste Durchmesser des benachbarten Laufrades ist.