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Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer mit mindestens einem Zwischenkühler
ausgerüsteten Axialverdichteranlage unter Rückgewinnung des im Uberschuß geförderten
Arbeitsmittels Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer mit mindestens
einem Zwischenkühler arsgerüsteten Verdichteranlage, deren Stufen aus _4xia1-verdichtern
bestehen, unter Riickgewinnung des im Überschuß geförderten Arbeitsmittels. Das
Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der überschüssige 7.'eil des Arbeitsmittels
durch den Zwischenkühler in eine Verdichterstufe niedrigeren Druckes zurückgeführt
wird. Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß das die höhere Verdichterstufe
verlassende Arbeitsmittel nach einer Drucksenkung in den Zwischenkühler vor dieser
Verdichterstufe zurückgeführt wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß in der von
einer höheren Verd-ichterstufe zu, dem Zwischenkühler hin abgezweigten Rückführungsleitung
ein Drosselorgan angeordnet ist.
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Die von einer Verdichteranlage im Überschuß geförderte Arbeitsmittelmenge
kann im allgemeinen nicht ohne weiteres in die Atmosphäre abgeblasen werden, zumal
wenn es sich dabei um giftige Gase oder um wertvolle Brennmittel handelt, deren
Verlust zum Beispiel wirtschaftlich nicht tragbar ist. In diesen Fällen muß der
zuviel geförderte Anteil des Arbeitsmittels in die Ansaugleitung des Verdichters
zurückgeführt werden, und zwar unter Kühlung in besonderen Rückflußkühlern, um nicht
durch eine zu stark erhöhte Temperatur des Arbeitsmittels den Betrieb des Verdichters
zu verschlechtern und seinen Leistungsbedarf zu vergrößern.
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Es sind mehrstufige Kreiselverdichter bekannt, deren Niederdruckteil
Axialstufen und deren Hochdruckteil kadialstufen aufweisen und bei denen an das
Verbindungsstück zwischen Niederdruck- und Hochdruckteil eine absperrbare Abzweigleitung
angeschlossen ist, durch die sich bei Teillastbetrieb das lediglich durch den Niederdruckteil
hindurchgegangene Fördermittel ableiten läßt. In dem Verbindungsstück zwischen den
beiden Stufen ist zwar ein Kühler angeordnet, jedoch wird eine Kühlung des abgeleiteten
Teiles offenbar nicht als unbedingt notwendig angesehen, da das mit dieser bekannten
Anlage beabsichtigte Verfahren auch anwendbar sein soll, wenn das Verbindungsstück
zwischen dem Niederdruck-und Hochdruckteil des Verdichters lediglich als Leitung
ausgebildet ist. Bei dieser bekannten Anlage ist jedoch an eine Rückführung des
von der höheren Verdichterstufe, nämlich von dem Radialverdichter, etwa im Überschuß
geförderten Arbeitsmittels nicht gedacht. Wird nun bei einer solchen Anlage längere
Zeit ohne Zwischenkühlung bei Teillast gefahren und das in der ersten Verdichterstufe
komprimierte Gas ohne vorherige Kühlung in den Ansaugstutzen dieser Stufe zurückgeführt,
so kann der Druck vor dem Eintritt in die nächste höhere Verdichterstufe nicht konstant
gehalten werden, und es tritt unweigerlich ein Pumpen ein.
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Diese Pumperscheinungen würden noch eher und mit noch schädlicherer
Wirkung eintreten, wenn etwa für den Hochdruckteil ein Axialverdichter verwendet
würde, der zwar z. B. hinsichtlich seiner baulichen Eigenschaften gegenüber einem
Radialverdichter bestimmte Vorteile aufweist, entsprechend seiner steil verlaufenden
Druckvolumenkernnlinie gegenüber Pumperscheinungen jedoch viel anfälliger ist. Würde
nun das in einer solchen Anlage verdichtete Gas in den Ansaugstutzen der Hochdruckstufe
ohne Einschaltung eines Zwischenkühlers zurückgeführt werden, so wäre eine solche
Anlage praktisch unbrauchbar.
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Ebenso wie bei dem Betrieb des vorstehend erwähnten bekannten Kreiselverdichters
enthält auch bei der Erfindung die Gesamtmenge des von der Niederdruckstufe der
Verdichteranlage geförderten Arbeitsmittels den überschüssigen Teil und ebenso durchströmt
die
von dieser Verdichterstufe geförderte Arbeitsmittelmenge den Zwischenkühler, worauf
der überschüssige Teil über eine Abzweigleitung in den Ansaugstutzen des Verdichters
zurückgeführt wird. Diese für sich allein bekannte Rückführung ist auch für sich
allein nicht Gegenstand der Erfindung. Aufgabe der Erfindung ist es vielmehr, auch
in der Hochdruckstufe die Vorteile des Axialverdichters nutzbar zu machen. Daher
ist bei der Erfindung im Unterschied zu der bekannten Verdichteranlage nicht nur
die Niederdruckstufe, sondern auch die Hochdruckstufe als ein Axialverdichter ausgebildet,
und das Neue besteht in der Anwendung der für sich bekannten Maßnahme der Zurückführung
von im überschuß gefördertem Arbeitsmittel bei einer ebenfalls für sich bekannten
mehrstufigen Axialverdichteranlage. Da hierbei der imÜberschuß geförderteAnteil
des Arbeitsmittels auf jeden Fall immer durch den Kühler geleitet wird und somit
für eine ausreichende Kühlung gesorgt ist, kann eine Verschlechterung des Wirkungsgrades
der Anlage nicht eintreten. Auch werden so Verluste an Arbeitsmittel vermieden,
so daß die Wirtschaftlichkeit der Anlage verbessert wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind auch aus der nachstehenden Beschreibung
sowie aus der Zeichnung ersichtlich, in der die Rückge-,vinnung des aus einer zweistufigen,
mit einem Zwischenkühler ausgerüsteten Verdichteranlage im Überschuß geförderten
Arbeitsmittels schematisch dargestellt ist.
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In der Zeichnung strömt das zu verdichtende Arbeitsmittel durch die
Leitung 1 in den Verdichter 2. Nach hier erfolgter Verdichtung gelangt es durch
die Leitung 3 in den Zwischenkühler 4, in welchem das durch die Verdichtung erhitzte
Arbeitsmittel mittels der von einer geeigneten Kühlflüssigkeit durchflossenen Leitung
5 auf die Temperatur zurückgeführt wird, die für seinen Eintritt über die Leitung
5 in die nächsthöhere Verdichterstufe 7 erforderlich ist. Von hier wird das Arbeitsmittel
über die Leitung 8 zu den \'erbrauchstellen in der dort benötigten Menge gefördert.
Der gegebenenfalls überschüssige Teil des vom Hochdruckverdichter verdichtetenArbeitsmittels
wird über die von der Leitung 8 abgezweigte Rückführungsleitung 9 in den Eintrittsstutzen
des Zwischenkühlers zurückgeführt. Da das vom Hochdruckverdichter 7 geförderte Arbeitsmittel
auch den überschüssigen Teil bereits enthält, hat dieser überschüssige Teil auch
bereits ein erstes Mal den Zwischenkühler 4 passiert. Anschließend wird der überschüssige
Teil aus dem Druckstutzen 8 über die Leitung 9 und das Drosselventil 10 abgeführt
und in den Druckstutzen 3 des Niederdruckverdichters 2 vor den Zwischenkühler zurückgeführt.
Damit durchströmt die überschüssige Menge zweimal den Zwischenkühler. Diese überschüssige
Arbeitrsmittedmenge- muß vor der Einführung in den Zwischenkühler auf das vor diesem
herrschende Druckniveau gebracht werden. Zu diesem Zweck ist in der Rückführleitung
ein Drosselorgan 10 angeordnet. Zusammen mit dem vom Verdichter 2 geförderten Arbeitsmittel
wird nun auch die im Überschuß von der Verdichteranlage geförderte Arbeitsmittelmenge
im Zwischenkühler 4 gekühlt. Vom Austritt des Zwischenkühlers ist ebenfalls eine
Rückführleitung 11 abgezweigt, die unter Einschaltung des Drosselorgans 12 mit der
zu dem Niederdruckverdichter 2 führenden Ansaugleitung 1 verbunden ist und durch
welche eine Teilmenge des gekühlten Arbeitsmittels nach der erforderlichen Drucksenkung
in die Ansaugleitung 1 zurückströmt. Durch geeignetes Betätigen der Drosselorgane
10 und 12, die von Hand oder automatisch z. B. in Abhängigkeit der benötigten und
geförderten Arbeitsmittelmenge geregelt werden können, läßt sich die, zurückströmende
Menge des Arbeitsmittels einstellen. Die Drosselorgane können beispielsweise so
betätigt werden, daß durch jedes der beiden Organe die gleichen Mengen an Arbeitsmittel
hindurchströmen. In diesem Fall wird also die Arbeitsmittelmenge um das ganze Druckgefälle
der Verdichterstufen heruntergedrosselt.
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Es kann sich auch als zweckmäßig erweisen, die Öffnung des. Drosselorgans
10 größer einzustellen als die des Drosselorgans 12 oder auch das letztere ganz
zu schließen. Die gesamte zurückströmende Arbeitsmittelmenge bzw. auch nur ein Teil
derselben wird dann auf das vor dem Zwischenkühler 4 herrschende Druckniveau herabgedrosselt
und strömt dann ein zweites Mal durch den Zwischenkühler4 in den Hochdruckverdichter
7. Ist umgekehrt das Drosselorgan 12 mehr geöffnet als das andere Drosselorgan 10,
so gelangt ein Teil der zurückströmenden Arbeitsmittelmenge nicht mehr in den Hochdruckverdichter
7, sondern wird bereits nach Durchströmen des Kühlers 4 auf das Druckniveau des
Niederdruckverdichters 2 gedrosselt. In diesen Fällen ist mehr oder weniger eine
Leistungsersparnis zu erzielen, weil die überschüssige Arbeitsmittelmenge wenigstens
teilweise nur eines der beiden Drosselorgane durchströmt und daher nur in einer
der beiden Verdichterstufen von neuem Arbeit aufnehmen muß. Der eine Verdichterteil
arbeitet dann also etwas mehr als der andere, und wo dieser andere Verdichterteil
bei der Verdichtung ins Pumpgebiet kommt, liegt auch die Grenze für diese mögliche
Leistungsersparnis. Bei völliger Schließung des Drosselorgans 10 und entsprechender
Öffnung des Drosselorgans 12 findet nur ein Kreislauf des von der niedrigeren Verdichterstufe
2 geförderten überschüssigen Arbeitsmittels durch den Zwischenkühler statt.
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Das Verfahren läßt sich in entsprechender Weise auch für eine Verdichteranlage
anwenden., die mehr als die in der Figur dargestellten zwei Verdichterstufen aufweist.
Die Rückführung der überschüssigen Arbeitsmittelmenge kann dann durch. die einzelnen
zwischen den Verdichterstufen angeordneten Zwischenkühler erfolgen. Als Drosselorgan
können beispielsweise auch Blenden verwendet werden. Die zu der Anlage gehörenden.
Verdichter können, wie in der Figur gezeigt ist, auf einer gemeinsamen z. B. durch
die Kupplung 13 trennbaren Welle arbeiten. Die einzelnen Verdichterstufen der Anlage
können. aber auch auf voneinander getrennten Wellen laufen. Das zurückzuführende
Arbeitsmittel kann auch Zwischenstufen der Verdichter höheren Druckniveaus entnomrnen
werden.