DE1026477B

DE1026477B - Centrifugal compressor with more than two stages on a common shaft and with an intermediate cooler behind each stage

Info

Publication number: DE1026477B
Application number: DED20176A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinrich Teichmann
Original assignee: Demag AG
Current assignee: Mannesmann Demag AG
Priority date: 1955-03-31
Filing date: 1955-03-31
Publication date: 1958-03-20

Description

Radialverdichter mit mehr als zwei Stufen auf gemeinsamer Welle und mit Zwischenkühler hinter jeder Stufe Die Erfindung betrifft Radialverdichter mit mehr als zwei Stufen auf gemeinsamer Welle und mit Zwischenkühler hintex jeder Stufe, dessen Kühlrohre parallel zur Wellenachse sind.Centrifugal compressor with more than two stages on a common shaft and with intercooler behind each stage The invention relates to radial compressors with more than two stages on a common shaft and with intercooler behind each stage, whose cooling tubes are parallel to the shaft axis.

Bei bekannten Verdichtern solcher Art nimmt jeder Kühler den ganzen Umfang des Verdichters ein; die Luft durchströmt den Kühler von Stufe- zu Stufe jeweils auf dem ganzen Umfang; j edes Kühlrohr kühlt alle Stufen nacheinander. Das hat zwei Nachteile: Erstens wird die Luft der späteren Stufen nur durch schon erwärmt-es Wasser, also nur mangelhaft gekühlt. und zweitens muß, damit die nötigen Luftströmungsquerschnitte und Kühlflächen Platz finden, entweder der Radabstand vergrößert werden, was längere und dickere Welle, also mehr Gewicht und Kosten und Spaltverlust ergibt, oder es kann nicht hinter jeder Stufe, sondern nur hinter jeder zweiten oder dritten Stufe gekühlt werden.In known compressors of this type, each cooler takes up the entire circumference of the compressor; the air flows through the cooler from Stage- to stage j in each case over the entire circumference; Each cooling pipe cools all stages one after the other. This has two disadvantages: firstly , the air in the later stages is only cooled by water that has already been heated, so it is only insufficiently cooled. and secondly, so that there is space for the necessary air flow cross-sections and cooling surfaces, either the wheel spacing must be increased, which results in longer and thicker shafts, i.e. more weight and costs and gap loss, or it can not be behind every stage, but only behind every second or third stage be cooled.

Die Erfindung will diese Mängel beheben. Sie tut es durch die Kombination zweier Maßnahmen.The invention aims to remedy these shortcomings. She does it through the combination two measures.

Die erste Maßnahme ist, daß ieder Zwischenkühler nur einen Teil des Umfangs einnimmt und alle Zwischenkühler, in Richtung der Wellenachse gesehen. nebeneinander angeordnet sind. Das bringt den Vorteil, daß jeder Kühler beliebig lang, seine Kühlfläche also beliebig groß gemacht werden kann. Es könnte aber ungünstig langeKanäle 7wischenRad undKühler erfordern, wenn nicht eine zweite, an sich bekannte Maßnahme getroffen würde.The first measure is that each intercooler only covers part of the Occupies circumference and all intercoolers, seen in the direction of the shaft axis. side by side are arranged. This has the advantage that each cooler can have any length of its cooling surface so it can be made as large as you want. But it could wipe unfavorably long channels 7wheel and coolers require, if not a second, per se known measure to be taken would.

Diese besteht darin, daß das Rad der ersten Stufe das einem Wellenende nächste oder zweitnächste ist und das Rad der zweiten Stufe nächst dem anderen Wellenende, das Rad der dritten Stufe zweitnächst bzw. nächst dem ersten Wellenende, das Rad der vierten Stufe zweitnächst dem anderen Wellenende usw. angeordnet ist.This consists in the fact that the wheel of the first stage is the one end of the shaft is next or second next and the wheel of the second stage is next to the other end of the shaft, the wheel of the third stage next or next to the first shaft end, the wheel the fourth stage is arranged second next to the other shaft end, etc.

Dadurch wird erreicht, daß die Räder vor allein der niederen Stufen möglichst weit an die Wellenenden, also möglichst nahe den Enden der Kühler kommen, also die Kanäle möglichst kurz und gerade werden, was strömungstechnisch wichtig ist und Platz spart. Es ist nunmehr möglich, alle Rohrbündel für sich, d. li. parallel geschaltet, an frisches Kühlwasser . an7 uschließen, so daß jeder Zwischenkühler mit Kühlwasser gleich niedriger Temperatur durchströmt wird und für sich geregelt werden kann. Gleichzeitig wird durch die Vertauschung der Stufenreilienfolge erreicht, daß insbesondere bei den ersten Stufen, wo die Zwischenkühlung am meisten bringt, ein Maximum -in zur Verfügung stehender Maschinenlänge für die Länge der Kühler ausgenutzt werden kann. Erfolgt überhaupt keine. Stufenvertauschung. wie es in der Praxis überwiegend die Regel ist, so sind ohne die l',rkenntnis des Zusammenhanges zwischen einer Stufenvertauschung und der gestellten Aufgabe bei ein-,velligen Turboverdichtern überhaupt keine axialen Rohrbündel mit tragbaren Zu- und Abströniverhältnissen zu verwirklichen. Die Erfindung verliert nicht dadurch an Wert, daß bei gleich langen Kühlern zwischen den inneren, enger beieinander liegenden Stufen die Zu- und Abströinkanäle etwas nach außen geführt sein mÜssen. Selbst wenn für die inneren Stufen die Länge der Rohrbündel nicht ganz ausgenutzt %#"erdeii kann, bleibt aber für die Zwischenkühler der inneren Stufen immer noch der Vorteil erhalten, daß sie getrennt an das Kühlwasser angeschlossen werden können. DerKühler nach der erstenStufe wird zweckmäßig verbreitert, um hier den Druckverlust im Kühler möglichst gering zu halten.This ensures that the wheels come as far as possible to the shaft ends, i.e. as close as possible to the ends of the cooler, in front of the lower levels alone, so the channels are as short and straight as possible, which is important in terms of flow and saves space. It is now possible to use all the tube bundles for themselves, i. left connected in parallel to fresh cooling water . connect so that each intercooler is flown through with cooling water of the same low temperature and can be regulated independently. At the same time, by interchanging the sequence of stages, it is achieved that, particularly in the first stages, where the intermediate cooling is most effective, a maximum of the available machine length can be used for the length of the cooler. None at all. Level reversal. As it is mostly the rule in practice, no axial tube bundles with portable inflow and outflow ratios can be realized without knowing the connection between a step reversal and the task at hand in single-cell turbo compressors. The invention does not lose its value in that, with coolers of the same length between the inner, more closely spaced stages, the inflow and outflow channels must be led somewhat to the outside. Even if the length of the tube bundle cannot be fully utilized for the inner stages, the advantage of the intercoolers of the inner stages still remains that they can be connected separately to the cooling water. The cooler after the first stage is expediently widened in order to keep the pressure loss in the cooler as low as possible.

Die Kühler können im gleichen Abstand von der Achsmitte umfangsverteilt angeordnet sein. Mit besonderem Vorteil werden sie in einer waagerechten E#bene unterhalb der Maschine angeordnet, so daß die Gehäuse der Zwischenkühler als tragendes Element der Maschine dienen können. Der Verdichter kann dann im zusammengebauten Zustand versandt werden. Es können ferner die außenliegenden, vom Wellenende her durchströrnten Stufen mit Dralldrosseln versehen sein, von denen mindestens die eine nicht die -rste Stufe ist.The coolers can be distributed circumferentially at the same distance from the center of the axle be arranged. It is particularly advantageous if they are in a horizontal plane arranged below the machine, so that the housing of the intercooler as a load-bearing Element of the machine can serve. The compressor can then be assembled State to be shipped. There can also be the outer ones, from the shaft end be provided with flow restrictors, of which at least the is not the first stage.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 ..einen vierstufigen Turboverdichter im Längsschnitt mit seitlich der Maschine achsparallel verlaufenden Kühlern und Abb. 2 die gleiche Maschine im Querschnitt etwa nach der Linie 11-11 in Abb. 1, wobei die Kühler nebeneinanderliegend unterhalb des Verdichters angeordnet sind.In the drawing, two exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically, namely Fig. 1 ... shows a four-stage turbo compressor in longitudinal section with coolers running axially parallel to the side of the machine, and Fig. 2 shows the same machine in cross section approximately along line 11-11 in Fig. 1, the coolers being arranged side by side below the compressor.

Auf der Welle 1 sind die Laufräder 2, 3, 4 und 5 unter Vertauschung ihrer Reihenfolge gegenüber ihrer funktionellen Hintereinand-erschaltung so angeordnet, daß unter Berücksichtigung des gegebenen Lagerabstandes zwischen je zwei Stufen der größtmögliche Abstand vorhanden ist. Von der Eingangslstufe2 aus strömt das verdichtete Medium über den Diffusor 6 in den Kühler7 und von dessen anderem Ende über einen Rückströmkanal 8 unmittelbar zur zweiten S tuf e 3. Zwischen dem Lauf rad 3 und dem Lauf rad 4 liegt der Kühler 9, der in umgekehrter Richtung durchströmt wird wie der Kühler 7. Vom Laufrad4 strömt die Luft zu einem hinter dem Kühler 9 angeordneten gleich großen Kühler, der wiederum entgegengesetzt zum Kühler 9 durchströmt wird und an die Saugseite der letzten Stufe 5 angeschlossen ist (Kanäle gestrichelt dargestellt). Von dieser letzten Stufe aus strömt das verdichtete Medium über den Diffusor 10 ab. Die beiden rechts und links der Mittel - ebene der Maschine liegenden Laufräder 2, 4 sowie 3, 5 sind so angeordnet, daß sie jeweile vom Wellenende her gleichsinnig angeströmt werden, so daß sich ein gewisser Ausgleich des Axialschubes ergibt. Die beiden Stufen 2 und 3 sind mit einer Dralldrosselregeluing 16, 17 versehen.On the shaft 1 , the impellers 2, 3, 4 and 5 are arranged , reversing their order with respect to their functional one behind the other, so that, taking into account the given bearing spacing, there is the greatest possible spacing between each two stages. From the Eingangslstufe2 from the compressed medium via the diffuser 6 flows into the Kühler7 and from the other end via a return flow channel 8 directly to the second S tuf e 3. rad between the barrel 3 and the drive wheel 4 is the radiator 9, the reverse Direction is flowed through as the cooler 7. The air flows from the impeller 4 to a cooler of the same size arranged behind the cooler 9 , which in turn is flowed through in the opposite direction to the cooler 9 and is connected to the suction side of the last stage 5 (channels shown in dashed lines). From this last stage, the compressed medium flows off via the diffuser 10 . The two right and left of the center - plane of the machine running wheels 2 located, 4 and 3, 5 are arranged so that they are jeweile forth flown by the shaft end in the same direction, so that there is a certain balancing the axial thrust. The two stages 2 and 3 are provided with a swirl throttle control 16, 17 .

Ein Verdichter gemäß Abb. 2 entspricht in bezug auf die Durchströmung der Maschine nach Abb. 1, jedoch sind die Kühler unterhalb der Maschine auf einer gemeinsamen Ebene liegend nebeneinander angeordnet. Diese Maschine ist gewissermaßen durch Verschwenken der Kühler auf die gemeinsame Ebene entstanden. Der Kühler 7 nach der ersten Stufe 2 ist vergrößert und hat zwei Kühlereinsätze, was bei dieser Bauart ohne Schwierigkeiten möglich ist. Der Diffusor 6 zwischen der ersten Stufe 2 und dem Kühler 7 geht tangential von dem zugehörigen Ringdiffusor ab. In Abb. 2 ist ferner der Kühl#er 9 zwischen dem Laufrad 3 und 4 mit Rückströmkanal 11 zur Stufe 4 sowie der in Abb. 1 unsichtbare Kühler 12 mit Diffusor 13 von der Stufe 4 aus erkennbar; außerdem sind noch der zur Stufe 3 gehörende Diffusor 14 (zum Kühler 9) und der Abströmkanal 15 vom Kühler 12 zur Endstufe5 gestrichelt angedeutet. Der Diffusor13 und der Rückströmkanal 11 liegen in verschiedenen Querebenen und überschneiden sich demnach nicht (Abb. 2). Die außenliegenden Kanäle 14 und 15 hingegen überschneiden sich teilweise.A compressor according to Fig. 2 corresponds with respect to the flow of the machine according to Fig. 1, but the coolers are arranged below the machine on a common plane next to one another. To a certain extent, this machine was created by pivoting the cooler onto the common plane. The cooler 7 after the first stage 2 is enlarged and has two cooler inserts, which is possible without difficulty with this type of construction. The diffuser 6 between the first stage 2 and the cooler 7 extends tangentially from the associated ring diffuser. In Fig. 2, the cooler 9 between the impellers 3 and 4 with return flow channel 11 to stage 4 and the invisible in Fig. 1 cooler 12 with diffuser 13 from stage 4 can be seen; In addition, the diffuser 14 belonging to stage 3 (to the cooler 9) and the outflow channel 15 from the cooler 12 to the output stage 5 are indicated by dashed lines. The diffuser 13 and the return flow channel 11 lie in different transverse planes and therefore do not overlap (Fig. 2). The external channels 14 and 15, however, partially overlap.

Die Erfindung ist über die dargestellten Ausführungsbeispiele hinaus genauso anwendbar für Maschinen anderer Stufen- und Kühlerzahlen. Ein Turboverdichter gemäß der Erfindung, insbesondere ein solcher nach Abb. 2, hat einen derartig geschlossenen Aufbau, daß er im zusammengebauten Zustand versandt werden kann.The invention is beyond the illustrated embodiments Can also be used for machines with other numbers of stages and coolers. A turbo compressor according to the invention, in particular one according to Fig. 2, has such a closed one Structure so that it can be shipped in an assembled state.

Claims

PATENT CLAIMS - 1. Centrifugal compressor with more than two stages on a common shaft and with an intercooler behind each stage, the cooling tubes of which are parallel to the shaft axis, characterized in that each intercooler occupies only part of the circumference and all intercoolers, viewed in the direction of the shaft axis, next to each other are arranged as well as that the wheel of the first stage is next or second next to a shaft end and the wheel of the second stage next to the other shaft end, the wheel of the third stage second next or next to the first shaft end, the wheel of the fourth stage second next to the other Shaft end, etc. is arranged.

2. Compressor according to claim 1 with double-flow wheel in the first stage, characterized in that the double-flow wheel is the second next to a shaft end and the wheel of the third stage is assigned between this double-flow wheel and the shaft end. 3. Compressor according to claim 1, characterized in that the impellers on both sides about the central plane of the machine flow in the same direction to the central plane. 4. Compressor according to claim 3, characterized in that each wheel next to a shaft end is provided with a swirl throttle. 5. Compressor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cooler are arranged below the compressor. Documents considered. German Patent Nos. 302 639, 337 316; French Patent Publication No. 610 876; Schweizerische Bauzeitung, 1948, p. 292.