DE1106028B

DE1106028B - Vorrichtung zum verlustarmen Verdichten von Gasen

Info

Publication number: DE1106028B
Application number: DEM42538A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Pol August Brast; Dipl-Ing August Maetz
Original assignee: Adolf Messer GmbH
Current assignee: Adolf Messer GmbH
Priority date: 1959-08-25
Filing date: 1959-08-25
Publication date: 1961-05-04

Description

Vorrichtung zum verlustarmen Verdichten von Gasen Es ist bereits ein Verfahren bekannt, um Gase verlustarm und nahezu isothermisch in der Weise zu verdichten, daß das Gas mit einer Flüssigkeit vermischt, das Gemisch einer Zentrifugalkraft unterworfen und danach wieder in seine Bestandteile getrennt wird.
Die Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens besteht aus einer Pumpe, einer Turbine, einem Strahlapparat und einer Zentrifuge, die durch einen gemeinsamen Motor angetrieben werden. Die Pumpe führt die Flüssigkeit dem Strahlapparat zu, in welchem das zu verdichtende Gas angesaugt und mit der Flüssigkeit innig vermengt wird. Das Gemisch wird dann durch ein Rohr mit hoher Geschwindigkeit zwischen die Schaufeln der Zentrifuge gedrückt und dort verdichtet, worauf sich das Gas durch eine Öffnung in der Innenwand der Zentrifuge hindurch von der Flüssigkeit abscheidet und unter Druck aus mit der Zentrifuge umlaufenden Rohren entnommen wird, während die Flüssigkeit durch eine Kühlvorrichtung hindurch der Pumpe wieder zuläuft.
Bei dieser bekannten Vorrichtung wird zur Verdichtung eines Gasvolumens mindestens das gleiche Flüssigkeitsvolumen benötigt, weil Gas und Flüssigkeit miteinander gemischt werden. Wegen der deshalb in der Zentrifuge auftretenden großen Massebeschleunigungen muß man sich entweder auf verhältnismäßig geringe Verdichtungsgrade beschränken oder die Zentrifuge sehr robust und aufwendig bauen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die ebenfalls die verlustarme Verdichtung des Gases durch Zentrifugalbeschleunigung der Flüssigkeit in einer Zentrifuge bewirkt, jedoch zur Verdichtung von etwa 100 Volumina Gas nur etwa 2 bis 10 Volumina Flüssigkeit braucht.
Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß in dem Rotor der Zentrifuge eine Vielzahl von radial gerichteten Kapillaren angeordnet sind, die von dem zu verdichtenden Gas während der Drehung des Rotors ständig und von der Flüssigkeit intermittierend beaufschlagt werden, ohne daß sich Gas und Flüssigkeit vermischen. Dabei entstehen in den Kapillaren längere, mit Gas gefüllte und kürzere, mit Flüssigkeit gefüllte Abschnitte. Die letzteren wirken bei der Drehung des Rotors wie Miniaturkolben von Radialkompressoren auf die eingeschlossenen Gasvolumina und verdichten sie. Nach dem Austritt aus den Kapillaren in einen Raum rings um den äußeren Umfang des Rotors, den Trennraum, wird das verdichtete Gas von der Flüssigkeit getrennt. Das Gas wird der Hohlwelle des Rotors zum Abtransport zugeführt. Die Flüssigkeit hingegen tritt zur Rückgewinnung der in ihr enthaltenen kinetischen Energie in eine Turbine ein, deren Drehmoment über ein Getriebe dem Rotor in an sich bekannter Weise zugeleitet wird.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verdichters nach der Erfindung. Ein Antriebsmotor 1 treibt eine Welle 2, auf deren Ende der zylinderförmige Rotor 3 sitzt, der samt seinem schachtelartigen inneren Gehäuse 4 in einem feststehenden äußeren Gehäuse 5 rotiert. Der Rotor besteht zweckmäßig aus Kunststoff, in welchem eine große Anzahl von radial verlaufenden Kapillaren 6 eingearbeitet sind, die sich von einem zylindrischen Hohlraum 7 in der Mitte des Rotors bis zur Peripherie erstrecken. Das zu verdichtende Gas wird durch das Rohrstück 8 in den Hohlraum 7 des Rotors eingeleitet und tritt von hier aus in die Kapillaren 6 ein. Durch das Rohr 9 wird axial eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, unter Druck über Verteilerdüsen 10 ebenfalls den Kapillaren zugeführt. Es treten also, in bestimmter Folge wechselnd, Gas- und Flüssigkeitsvolumina in die Kapillaren ein, und zwar die Flüssigkeit während einer Umdrehung des Rotors nur dann, wenn die Kapillaren an den Verteilerdüsen vorbeistreichen, während das Gas im Laufe der ganzen übrigen Umdrehungsperiode des Rotors in die Kapillaren eintreten kann. Die Flüssigkeitsteilchen in den Kapillaren werden durch die Zentrifugalkraft des umlaufenden Rotors stark beschleunigt und pressen die Gasvolumina in den Kapillaren zwischen sich zusammen. Die Druckänderung erfolgt nach der Beziehung wobei dP die Druckänderung, u1 und u2 die Umfangsgeschwindigkeit der Endflächen eines differenziellen Gasvolumens in m/sec, g die Schwerbeschleunigung in m/sec2 und dy die Änderung des spezifischen Gewichts in kg/ms bedeutet.
In dem im Schnitt keilförmigen Ringraum 11 tritt die Trennung von komprimiertem Gas und Flüssigkeit auf Grund der Verschiedenheit der spezifischen Gewichte ohne weiteres ein. Das verdichtete Gas wird in dem scheibenförmigen Ringraum 12 radial zu dem Hohlwellenstück 13 geleitet, wobei es sich in geringem Maße a.diabatisch nach der Beziehung entspannt und auch in geringem Maße abkühlt. In der Formel bedeutet P" den Gasdruck im Ringraum in kg/m2, Pi den Gasdruck im Hohlwellenstück in kg/m2, e die Basis der natürlichen Logarithmen, 7o das spezifische Gewicht des Gases in kg/m3 bei O' C und seinem Normaldruck po, o@ die Winkelgeschwindigkeit in m/sec, R den radialen Abstand der Trennfläche von der Achsmitte in m, g die Schwerebeschleunigung in m/sec2, den Normaldruck des Gases. Eine hydrodynamische oder eine sonstige geeignete Dichtung 14 bildet den Übergang zum feststehenden Hochdruck-Austrittsrohr 15.
Die Flüssigkeit wird aus dem Ringraum 11 durch Düsen 16 im inneren Gehäuse 4 gegen die Schaufeln eines Turbinenrades 17 gedrückt. Das Turbinenrad 17 sitzt abgedichtet auf einer zur Welle 2 konzentrischen Hohlwelle 18, die in bekannter Weise durch ein Getriebe 19 die Energie des Turbinenrades auf die Welle 2 überträgt. Die ihrer kinetischen Energie entledigte Flüssigkeit fließt aus einer Öffnung 20 wieder der in der Figur nicht eingezeichneten Pumpe zu, die sie im Kreislauf in das Rohr 9 fördert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zum verlustarmen Verdichten von Gasen durch die Zentrifugalkraft in einem Rotor, dem das zu verdichtende Gas und ein flüssiges Treibmittel axial zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rotor (4) eine Vielzahl von radial gerichteten Kapillaren (6) angeordnet sind, die von dem zu verdichtenden Gas ständig und von dem flüssigen Treibmittel intermittierend beaufschlagt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das axiale Zuführungsrohr (9) für das flüssige Treibmittel in axialparallelen Schlitzdüsen (10) endet, an denen die inneren Enden der Kapillaren (6) vorbeistreichen.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Treibmittel nach seiner Trennung von dem verdichteten Gas einer Entspannungsturbine (17) zugeführt wird, die über ein Getriebe (19) mit der Antriebswelle (2) des Rotors (4) gekuppelt ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Umlauf des flüssigen Treibmittels, der durch eine Pumpe in Bewegung gesetzt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 822 871.