Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrstufigen Radialverdichter, mit Leitvorrichtungen, die je einen beschaufelten Diffusor, einen schaufellosen Ringraum und einen beschaufelten Eintrittskanal aufweisen, wobei der Eintrittskanal von einer Platte und von einer beschaufelten Zwischenwand gebildet ist und jeder Diffusor ein ringförmiges Einsatzstück mit Schaufeln zwischen der Platte und der Zwischenwand ist.
Solche Radialverdichter sind insbesonders als Hochdruck Mehrstufen-Radialverdichter mit beschaufelten Diffusoren zu verwenden, von denen weitgehend in der Gas- und chemischen Industrie Gebrauch gemacht wird.
Es ist bereits der Stator eines Mehrstufen-Radialverdichters bekannt.
Der bekannte Stator besitzt ein Gehäuse sowie in ein diesem Gehäuse angeordnete Leitvorrichtung, die für jede Stufe einen Eintrittskanal, einen beschaufelten Diffusor und einen schaufellosen Ringraum aufweist. Das Gehäuse hat eine senkrechte Teilfuge. Der Eintrittskanaljeder Stufe befindet sich zwischen dem beschaufelten Diffusor der Stufe und dem Leitschaufelträger der folgenden Stufe und ist mit ihm verbunden.
zum unveränderten Aufrechterhalten der vorgegebenen Axialund Radialspitze zwischen den Rotor- und Statorteilen sind die Leitschaufelträger aller Stufen starr miteinander durch Befestigungselemente, z.B. Zugbolzen und Muttern die am Umfang angeordnet sind, verbunden. Der Leitschaufelträger jeder Stufe hat ein Radialmass, welches soviel grösser als das maximale Radialmass des Strömungsteils ist, dass die Zugbolzen und Muttern untergebracht werden können. Hierdurch wird der Innendurchmesser des Gehäuses vergrössert. Da erforderliche Gehäusefestigkeit gewährleistet werden muss, ist es erforderlich, die Wandstärke des Gehäuses zu vergrössern.
Dies alles führt zu einer Erhöhung des Metallaufwands für den Stator und des Arbeitsaufwands bei dessen Herstellung.
Ausserdem schliesst die Verbindung der Leitschaufelträger miteinander durch Befestigungselemente nicht das Entstehen von Spalten entweder zwischen den Leitschaufelträger der Stufen und den beschaufelten Diffusoren oder zwischen dem Leitschaufelträger einer Stufe und dem Leitschaufelträger der folgenden Stufe aus. Infolge der Spalte entstehen eSpaltver- luste an Arbeitsmittel, wodurch der Wirkungsgrad des Verdichters vermindert wird. Unter Spaltverluste ist hier und weiterhin im Text das Überströmen eines Teils des Arbeitsmittels, welches aus einer Zone mit höherem Druck kommt, in eine Zone mit niedrigerem Druck zu verstehen.
Ausserdem ist der Stator eines Mehrstufen-Radialverdichters bekannt. Der bekannte Stator besitzt ein Gehäuse sowie in ihm hintereinander in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Mittels eingebaute und den Strömungsteil des Verdichters bildende Leitschaufelträger der Stufen, beschaufelte Diffusoren den Stufen und Eintrittskanäle der Stufen. Das Gehäuse hat zwei senkrechte Montageteilfugen. Der Eintrittskanal jeder Stufe befindet sich zwischen dem beschaufelten Diffusor der Stufe und dem Leitschaufelträger der folgenden Stufe. Die den Eintrittskanal der Stufe begrenzende Platte ist am Leitschaufelträger der folgenden Stufe mit Hilfe von Schrauben und Muttern befestigt. Der beschaufelte Diffusorjeder Stufe ist starr mit dem Leitschaufelträger der Stufe verbunden.
Zum unveränderten Aufrechterhalten der vorgegebenen Axial- und Radialspalte zwischen den Rotor- und Statorteilen sind die Leitschaufelträger aller Stufen starr miteinander durch ein Zusatzgehäuse verbunden, auf dem Nuten vorgesehen sind, in welche die Leitschaufelträger der Stufen eingewalzt werden.
Das Zusatzgehäuse ist koaxial im Gehäuse eingebaut und hat eine waagerechte Teilfuge. Die Wandstärke des Zusatzgehäuses wird ausgehend von der Bedingung bestimmt, dass die Leitschaufelträger starr festgehalten werden. Durch Verwenden des Zusatzgehäuses werden der Innendurchmesser des Gehäuses und die Wandstärke des Verdichtergehäuses grösser.
Der bekannte Stator erfordert hohen Metallaufwand sowie Arbeitsaufwand in der Herstellung.
Ausserdem gewährleistet die Verbindung der Leitschaufelträger miteinander durch ein Zusatzgehäuse keine dichte Verbindung zwischen dem beschaufelten Diffusor der Stufe und der den Rückführkanal begrenzenden Platte der Stufe. Über den Spalt zwischen dem beschaufelten Diffusor und der Platte der Stufe entweicht ein Teil des Arbeitsmittels aus der Zone mit dem höheren Druck in die Zone mit dem geringeren Druck. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Verdichters gesenkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stator eines Mehrstufen-Radialverdichters zu schaffen, bei dem die Leitschaufelträger aller Stufen derart miteinander verbunden sind, dass Metallwand für den Stator, Arbeitsaufwand bei seiner Herstellung und Spaltverluste an Arbeitsmittel zwischen den Statorteilen vermindert werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, indem das Einsatzstück mit den Schaufeln mit der stromaufwärts nächstliegenden Platte und stromabwärts nächstliegenden Zwischenwand starr verbunden ist, wobei die Verbindungsstellen auf einem Kreis liegen, dessen Durchmesser kleiner ist als der grösste Durchmesser des Ringraumes.
Eine solche Statorbauart kann eine starre Verbindung aller Statorteile, welche den Strömungsteil bilden, gewährleisten, wobei minimale Aussenmasse des Stators in Radialrichtung beibehalten werden, wodurch der Metallaufwand für ihn und der Arbeitsaufwand bei seiner Herstellung im Vergleich mit den oben beschriebenen bekannten Statoren vermindert werden kann.
Ausserdem kann die starre Verbindung der Statorteile Spaltverluste an Arbeitsmittel zwischen dem beschaufelten Diffusor und dem Leitschaufelträger einer Stufe sowie zwischen dem beschaufelten Diffusor der den Eintrittskanal begrenzenden Platte der Stufe verbinden, wodurch der Wirkungsgrad des Verdichters erhöht wird.
Die Erfindung ist am nachstehenden Ausführungsbeispiel und anhand beiliegender Zeichnung erläutert, auf welcher in schematischer Darstellung teilweise im Längsschnitt ein Mehrstufen-Radialverdichter abgebildet ist.
Der Mehrstufen-Radialverdichter enthält einen Rotor; welcher auf eine Welle 2 aufgesetzte Laufräder 1 der Stufe und einen Stator besitzt.
Die Rotorwelle 2 läuft in einem Traglager 3 und einem Spurlager 4. Der Stator besitzt ein Gehäuse 5 und in ihm hintereinander gemäss Pfeil A in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels eingebaute und seinen Strömungsteil bildende Trennwand 6, die als Leitschaufelträger ausgebildet ist, beschaufelte Diffusoren 7 der Stufen und die den Eintrittskanal begrenzende Platte 8.
Das Gehäuse hat eine senkrechte Montageteilfuge. Die Statorteile, nämlich die Trennwände 6 der Stufen, die beschaufelten Diffusoren 7 der Stufen und die Platte 8 der Stufen besitzen eine waagrechte Teilfuge. Die Platte 8 einer Stufe befindet sich zwischen dem beschaufelten Diffusor der Stufe und der Trennwand 6 der folgenden Stufe und ist an der Trennwand 6 der folgenden Stufe befestigt.
Zum leichteren Befestigen des beschaufelten Diffusors 7 an der Trennwand 6 der Stufe und an der Platte 8 der Stufe sind bei der hier beschriebenen Bauart Schaufeln 9 des Beschaufelten Diffusors 7 starr, beispielsweise durch Anschweissen, mit Scheiben 10 verbunden. Wenn der beschaufelte Diffusor 7 ohne Scheiben 10 ausgeführt wird, werden die Schaufeln 9 unmittelbar an der Trennwand 6 und an der Platte 8 der Stufe befestigt, indem sie an ihnen angeschweisst oder angelötet werden. Die Scheiben 10 des beschaufelten Diffusors 7, welche an der Trennwand 6 der Stufe anliegt, ist starr mit der erwähnten Trennwand 6 durch Schrauben 11 verbunden. Die Scheibe 10 des beschaufelten Diffusors 7, welche an der Platte 8 anliegt, ist starr mit ihm und der Trennwand 6 der folgenden Stufe durch Zugbolzen 12 und Muttern 13 verbunden.
In der Trennwand 6 bzw. der Platte 8 sind Dichtungen 14, z.B. Labyrinthdichtungen, eingesetzt. Um Überströmen des Arbeitsmittels zu verhindern, sind auf den Oberflächen der Trennwand 6, die an der Innenfläche des Gehäuses 5 anliegen, Rinnen vorgesehen, in die Dichtungselemente 15, z.B. Gummiringe, eingelegt werden. Auf diese Weise ist die starre Verbindung der Trennwände 6 aller Stufen auf einem Durchmesser zustandegebracht, der kleiner als der maximale Durchmesser des Strömungsteils ist. Gleichzeitig wird gewährleistet, dass keine Spalte zwischen den Scheiben 10 der beschaufelten Diffusoren 7 und den an ihnen anliegenden Oberflächen der Trennwand 6 und der Scheibe 8 vorhanden sind.
Der Mehrstufen-Radialverdichter wird folgendermassen zusammengebaut. Der beschaufelte Diffusor 7 einer Stufe wird über die Scheibe 10, welche an der Trennwand 6 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels ersten Stufe anliegt, an dieser Trennwand 6 mittels Schrauben 11 befestigt. Des weiteren wird der beschaufelte Diffusor 7 über die Scheibe 10, welche an der Platte 8 der Stufe anliegt, mit dieser Platte 8 und der Trennwand 6 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels folgenden Stufe durch Zugbolzen 12 und Muttern 13 verbunden; der beschaufelte Diffusor 7.der in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels folgenden Stufe wird über die Scheibe 10, welche an der Trennwand 6 der folgenden Stufe anliegt, an dieser Trennwand 6 mittels Schrauben 11 befestigt. Analog wird bei allen folgenden Verdichterstufen verfahren.
Zunächst werden die unteren Hälften der Statorteile aller Stufen und dann die oberen Hälften der Statorteile aller Stufen zusammengebaut, wobei in der Trennwand 6 und Platte 8 die Dichtungen eingelegt werden. In die zusammengebaute untere Hälfte der Statorteile wird die Welle 2 mit den Laufrädern 1 aller Stufen in die Lager 3 und 4 eingebracht. Hierbei werden die Spalte zwischen den Dichtungen 14 und den Laufrädern 1 aller Stufen geprüft. Die zusammengebaute obere Hälfte der Statorteile wird auf die untere aufgesetzt und mit ihr verbunden. In die Rinnen der Trennwand 6 werden die Gummiringe 15 eingelegt, um Überströmen von Arbeitsflüssigkeit zwischen den einzelnen Stufen zu vermeiden. Der Block aus zusammengebauten Statorteilen samt dem in ihm angeordneten Rotor wird in das Gehäuse 5 des Verdichters eingesetzt.
Eine solche konstruktive Ausführung gewährleistet starre Verbindung aller Statorteile des Strömungsteils des Verdichters bei minimalen Aussenmassen des Stators in radialer Richtung. Der wirtschaftliche Nutzeffekt der Erfindung besteht in der Verminderung des Metallaufwandes für den Stator um ca.
15% und des Arbeitsaufwandes bei Herstellung und Zusammenbau desselben um ca. 20%.
Ausserdem werden durch die starre Verbindung jedes beschaufelten Diffusors mit einer Trennwand und einer Platte der Stufe Spaltverluste an Arbeitsmittel zwischen beschaufelten Diffusoren und Leitschaufelträgern sowie Rückleitapparaten vermieden, wodurch der Wirkungsgrad des Verdichters erhöht wird.
The present invention relates to a multistage centrifugal compressor, with guide devices each having a bladed diffuser, a bladed annulus and a bladed inlet channel, the inlet channel being formed by a plate and a bladed partition and each diffuser an annular insert piece with blades between the plate and the partition is.
Such centrifugal compressors are to be used in particular as high-pressure multistage centrifugal compressors with bladed diffusers, which are widely used in the gas and chemical industries.
The stator of a multistage centrifugal compressor is already known.
The known stator has a housing and a guide device arranged in this housing, which has an inlet channel, a bladed diffuser and a bladed annular space for each stage. The housing has a vertical parting line. The inlet duct of each stage is located between and is connected to the bladed diffuser of the stage and the vane carrier of the following stage.
In order to maintain unchanged the predetermined axial and radial tip between the rotor and stator parts, the guide vane carriers of all stages are rigidly connected to one another by fastening elements, e.g. Tie bolts and nuts arranged on the circumference, connected. The guide vane carrier of each stage has a radial dimension which is so much larger than the maximum radial dimension of the flow part that the tie bolts and nuts can be accommodated. This increases the internal diameter of the housing. Since the required housing strength must be guaranteed, it is necessary to increase the wall thickness of the housing.
All of this leads to an increase in the amount of metal required for the stator and the amount of work involved in its manufacture.
In addition, the connection of the guide vane carriers to one another by fastening elements does not rule out the formation of gaps either between the guide vane carriers of the stages and the bladed diffusers or between the guide vane carrier of one stage and the guide vane carrier of the following stage. As a result of the gap, there are gap losses in working fluid, which reduces the efficiency of the compressor. Here and further in the text, gap losses mean the overflow of part of the working medium, which comes from a zone with higher pressure, into a zone with lower pressure.
The stator of a multistage centrifugal compressor is also known. The known stator has a housing as well as guide vane carriers of the stages, bladed diffusers for the stages and inlet channels of the stages, built into it one behind the other in the flow direction of the medium to be compressed and forming the flow part of the compressor. The housing has two vertical assembly part joints. The inlet channel of each stage is located between the bladed diffuser of the stage and the guide vane carrier of the following stage. The plate delimiting the inlet channel of the stage is fastened to the guide vane carrier of the following stage with the aid of screws and nuts. The bladed diffuser of each stage is rigidly connected to the vane carrier of the stage.
To maintain the specified axial and radial gaps between the rotor and stator parts unchanged, the guide vane carriers of all stages are rigidly connected to one another by an additional housing on which grooves are provided, into which the guide vane carriers of the stages are rolled.
The additional housing is installed coaxially in the housing and has a horizontal parting line. The wall thickness of the additional housing is determined on the basis of the condition that the guide vane carriers are held rigidly. Using the additional housing increases the internal diameter of the housing and the wall thickness of the compressor housing.
The known stator requires a lot of metal and labor in production.
In addition, the connection of the guide vane carriers to one another by means of an additional housing does not ensure a tight connection between the bladed diffuser of the stage and the plate of the stage that delimits the return duct. Part of the working fluid escapes from the zone with the higher pressure into the zone with the lower pressure via the gap between the bladed diffuser and the plate of the stage. This reduces the efficiency of the compressor.
The invention is based on the object of creating a stator of a multistage radial compressor in which the guide vane carriers of all stages are connected to one another in such a way that the metal wall for the stator, the work involved in its manufacture and gap losses in working fluid between the stator parts are reduced.
This object is achieved in that the insert piece with the blades is rigidly connected to the plate closest upstream and the closest partition wall downstream, the connection points lying on a circle whose diameter is smaller than the largest diameter of the annular space.
Such a stator design can ensure a rigid connection of all stator parts that form the flow part, with minimal external dimensions of the stator being maintained in the radial direction, whereby the metal expenditure for it and the work involved in its production can be reduced in comparison with the known stators described above.
In addition, the rigid connection of the stator parts can connect gap losses of working fluid between the bladed diffuser and the guide vane carrier of a stage and between the bladed diffuser of the plate delimiting the inlet channel of the stage, whereby the efficiency of the compressor is increased.
The invention is explained using the exemplary embodiment below and with the aid of the accompanying drawing, on which a multi-stage centrifugal compressor is shown in a schematic representation, partially in longitudinal section.
The multistage centrifugal compressor includes a rotor; which has impellers 1 of the stage and a stator placed on a shaft 2.
The rotor shaft 2 runs in a support bearing 3 and a thrust bearing 4. The stator has a housing 5 and a partition 6 built into it one behind the other according to arrow A in the direction of flow of the working fluid and forming its flow part, which is designed as a guide vane carrier, bladed diffusers 7 of the stages and the plate 8 delimiting the inlet channel.
The housing has a vertical assembly part joint. The stator parts, namely the partition walls 6 of the steps, the bladed diffusers 7 of the steps and the plate 8 of the steps have a horizontal joint. The plate 8 of a stage is located between the bladed diffuser of the stage and the partition wall 6 of the following stage and is attached to the partition wall 6 of the following stage.
To make it easier to fasten the bladed diffuser 7 to the partition 6 of the step and to the plate 8 of the step, in the design described here, blades 9 of the bladed diffuser 7 are rigidly connected to disks 10, for example by welding. If the bladed diffuser 7 is designed without disks 10, the blades 9 are fastened directly to the partition wall 6 and to the plate 8 of the step by being welded or soldered to them. The disks 10 of the bladed diffuser 7, which rests against the partition 6 of the step, is rigidly connected to the aforementioned partition 6 by screws 11. The disc 10 of the bladed diffuser 7, which rests against the plate 8, is rigidly connected to it and the partition 6 of the following stage by means of tie bolts 12 and nuts 13.
In the partition 6 and the plate 8, respectively, seals 14, e.g. Labyrinth seals, used. In order to prevent overflow of the working medium, grooves are provided on the surfaces of the partition wall 6 which bear against the inner surface of the housing 5, into the sealing elements 15, e.g. Rubber rings, are inserted. In this way the rigid connection of the partition walls 6 of all the stages is brought about on a diameter which is smaller than the maximum diameter of the flow part. At the same time, it is ensured that there are no gaps between the disks 10 of the bladed diffusers 7 and the surfaces of the partition 6 and the disk 8 that bear against them.
The multistage centrifugal compressor is assembled as follows. The bladed diffuser 7 of a stage is fastened to this partition 6 by means of screws 11 via the disk 10, which rests against the partition 6 of the first stage in the flow direction of the working medium. Furthermore, the bladed diffuser 7 is connected via the disk 10, which rests against the plate 8 of the step, to this plate 8 and the partition 6 of the next step in the flow direction of the working medium by means of tie bolts 12 and nuts 13; The bladed diffuser 7 of the next step in the flow direction of the working medium is fastened to this partition 6 by means of screws 11 via the disk 10, which rests against the partition 6 of the next step. The same procedure is used for all of the following compressor stages.
First, the lower halves of the stator parts of all stages and then the upper halves of the stator parts of all stages are assembled, with the seals being inserted in the partition 6 and plate 8. In the assembled lower half of the stator parts, the shaft 2 with the impellers 1 of all stages is placed in the bearings 3 and 4. Here, the gaps between the seals 14 and the impellers 1 of all stages are checked. The assembled upper half of the stator parts is placed on the lower half and connected to it. The rubber rings 15 are inserted into the grooves of the partition wall 6 in order to prevent the working fluid from flowing over between the individual stages. The block of assembled stator parts together with the rotor arranged in it is inserted into the housing 5 of the compressor.
Such a structural design ensures a rigid connection of all stator parts of the flow part of the compressor with minimal external dimensions of the stator in the radial direction. The economic benefit of the invention consists in reducing the amount of metal required for the stator by approx.
15% and the work involved in manufacturing and assembling the same by approx. 20%.
In addition, the rigid connection of each bladed diffuser with a partition and a plate of the stage prevents gap losses of working fluid between bladed diffusers and guide vane carriers and return guiding devices, which increases the efficiency of the compressor.