DE162501C

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Publication number: DE162501C
Application number: DENDAT162501D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

- JVl 162501 KLASSE 276.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdichten von Luft oder anderen Gasen mittels Wasser oder anderen Flüssigkeiten.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß man einem Wasser- und Luftgemisch in einer rasch umlaufenden, im weiteren Verdichter genannten Schleuderpumpe eine Beschleunigung bezw. Druckerhöhung erteilt,

ίο diesem Gemisch dann die Luft entzieht und darauf die lebendige Kraft des luftfreien Wassers wieder dadurch nutzbar macht, daß man es durch eine turbinenartige, mit dem Verdichter umlaufende Vorrichtung ausströmen läßt. Man erreicht auf diese Weise eine außerordentlich gedrängte Konstruktion im Gegensatz zu den bisher sehr ausgedehnten Anlagen bei Wassersäulengebläsen und' dergl. Der Wirkungsgrad, der mit Maschinen vorliegender Art erreichbar ist, ist ein sehr guter.

Das neue Verfahren unterscheidet sich im wesentlichen von den bekannten Verfahren, bei denen mittels Kreiselrad und Wasserwirkung Luft verdichtet wird, dadurch, daß bei vorliegendem Verfahren die Verdichtung in dem umlaufenden Kreiselrad, bei den bekannten Vorrichtungen dagegen in den feststehenden Leitschaufeln vor sich geht, und daß gleichzeitig" die dem Wasser mitgeteilte Energie durch eine turbinenartige Anordnung wiedergewonnen wird, so daß das Wasser nicht mit bedeutenden Kraftverlust bedingender \iho.her Geschwindigkeit in das Kreiselrad eingeführt zu werden braucht. Die Verdientung in dem umlaufenden Teil ermöglicht es, die Gase und Flüssigkeiten von jeder beliebigen Anfangsspannung auf jede beliebige Endspannung zu bringen, was wiederum ermöglicht, die gesamte dem Wasser mitgeteilte Energie nach der Luftabscheidung wiederzugewinnen und in dem umlaufenden Teil nur ganz geringe Relativgeschwindigkeiten benötigt, welche wesentlich unter der dem Verdichtungsdruck entsprechenden Geschwindigkeit zurückbleiben.

Der Raum, in welchem das Abscheiden der Luft von dem Wasser vor sich geht, läuft vorteilhaft gleichfalls mit dem Verdichter und der Turbine um, so daß man vollständig unbeschränkt ist in der Wahl der in Betracht kommenden Geschwindigkeitsverhältnisse und Drucke, weil die Arbeitsverluste infolge von Reibung hierbei nur abhängig sind von den Relativgeschwindigkeiten.

Da das Wasser durch den Luftabscheideraum mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit hindurchgehen würde, was ein gutes Abscheiden der Luft vom Wasser verhindern könnte, so verringert man seine Geschwindigkeit durch im umlaufenden Abscheideapparat angebrachte Stauvorrichtungen.

Der Antrieb des Apparates kann beliebig sein. Nimmt man hydraulischen Antrieb, so vereinigt man vorteilhaft die Antriebsturbine mit der erwähnten turbinenartigen Vorrichtung, welche die lebendige Kraft des von der verdichteten Luft befreiten Wassers

wiedergewinnt. In diesem Fall kann man die Turbine auch derart konstruieren, daß sie außer der für das Verdichten erforderlichen Arbeit auch noch andere Arbeit leistet, die von der umlaufenden Welle in beliebiger Weise abgenommen werden kann.
Auf beiliegender Zeichnung ist
Fig. ι ein Vertikalschnitt durch einen Luftverdichter der neuen Art.

ίο Fig. 2 ist ein Schnitt durch den Verdichter in Richtung der Linie A-A nach Fig. i.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung des Wasseraustritts aus der Turbine.

Fig. 4 bis 6 veranschaulichen Abänderungen der neuen Vorrichtung.

In dem Maschinenrahmen 1 ist. auf passende Weise eine umlaufende Welle 2 gelagert, die ihren Antrieb auf beliebige Weise — beispielsweise durch einen Elektromotor 3 — erhält. Mit dieser Welle ist eine Trommel 4 verbunden, die in ihrem mittleren Teil als Abscheideraum dient. Der untere Teil 5 dieser Trommel ist turbinenähnlich gestaltet, während der obere Teil 6 schleuderpumpenartig gestaltet ist und als Verdichter wirkt. Die Kanalgestaltungen dieser Schleuderpumpe sind aus Fig. 2 zu erkennen.

Die Schleuderpumpe oder der Verdichter wird durch ein Wasserluftgemisch beaufschlagt. Das Aufschlagwasser wird aus dem hohlen Maschinenrahmen 1 entnommen und in geeigneter Weise in der Richtung der Pfeile 7 beispielsweise durch Leitschaufeln 8 den Verdichterschaufeln zugeführt. Die Luft tritt in Richtung der Pfeile 9 durch die Röhrchen 10 in die Schaufeln des Zentrifugalverdichters. Es bildet sich infolgedessen ein Wasserluftgemisch, welches bei dem Umlauf der Trommel 4 eine Beschleunigung und Druckerhöhung erhält, wobei die Luft entsprechend verdichtet wird. Dieses Wasserluftgemisch tritt bei 11 in die umlaufende Trommel 4 ein. Man muß sich den Vorgang so vorstellen, daß in den Schaufeln des Verdichters entweder ein inniges Wasserluftgemisch vorhanden ist, oder aber Luftblasen, die voneinander durch Wasserscheidewände getrennt sind.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird das bei 11 austretende Wasser durch die besondere Gestaltung der Trommel 4 bei 12 zunächst nach innen geleitet. Hierdurch tritt eine Verringerung der Relativgeschwindigkeit des Wassers ein. Diese Einschnürung 12

S5 muß eine bestimmte Größe haben, die in folgender Weise bestimmbar ist:

Es sei (Fig. 2) an der Austrittsstelle aus dem Verdichterrad:

W₁ die Relativgeschwindigkeit,

U₁ die Umfangsgeschwindigkeit,

C₁ die absolute Geschwindigkeit.

Da die hier zu beachtenden Gesetze im Räume dieselben sind wie in der Ebene, so ist Δ A¹ B' C nach innen um U₁ umgeklappt. Dann ist das von O auf B C gefüllte Lot der kleinste Radius, den die Flüssigkeit ohne Schaufeln erreichen kann. Sind nämlich auf dem Radius r₂ = O D die Geschwindigkeiten : TV₂U₂C₂, so gilt die Beziehung: M₁ ² — M₂ ²-W₁ ² — W₂ ¹, da keine Druckänderung eintritt.

Aus den Dreiecken: A B E und COD folgt, daß EB ■■= U₂ ist, mithin: .EA = W₁ ¹ — W₂ ²;-da AC = W₁, so ist C E = w.₂; da C₁ = C₂, so ist w.₂ -j- C₂ = Ii₂, also besitzt W₂ keine Komponente mehr in der Riehtung des Radius.

Ein weiteres Einschnüren würde ein Rückstauen des Wassers nach b hin zur Folge haben. Ohne Einschnürung müßte das Wasser die Relativgeschwindigkeit W₁ beibehalten oder entsprechend dem Radius W₁ zunehmen.

Um die Luftabscheidung zu erleichtern, kann die Flüssigkeit im Abscheider durch Rippen 13 und 14 so geführt werden, daß sie bei 15 nach dem Innern zu fließt und so alle Teile der Oberfläche genähert werden.

Die sich auf diese Weise in der Trommel abscheidende Luft entweicht durch Öffnungen 16 in die hohle Welle 2 und von dieser durch Öffnungen 17 in einen Raum 18, von wo sie in beliebiger Weise abgenommen werden kann. Vorteilhaft wird der Raum 18 durch ein Gehäuse 19 gebildet, welches mit der Welle befestigt ist und bei 20 abgedichtet ist. Die Luft geht von dem Raum 18 mittels der Leitung 21 in eine Kammer 22, von wo aus sie mittels der Leitung 23 abgenommen wird. Das Gehäuse 19 wird derart bemessen, daß der Luftdruck das Gewicht der umlaufenden Teile ganz oder teilweise aufnimmt.

Das Wasser tritt aus der Trommel 4 in die mit der Trommel umlaufenden Turbinenschaufeln 5 und gibt infolgedessen seine lebendige Kraft an diese Schaufeln und somit der ganzen Trommel und der Welle wieder ab.

Nachdem das Wasser- seine Arbeit abgegeben hat, tritt es bei 24 in die feststehende Leitung 25 ein, welche es in den hohlen Maschinenrahmen 1 wieder zurückführt, so daß es von neuem seinen Kreislauf beginnen kann. Da sich das Wasser hierbei erwärmt, so wird dasselbe in dem Maschinenrahmen einer Kühlung unterworfen, was vorteilhaft durch Hindurchleiten von kaltem Wasser mittels Kühlschlangen und dergl. geschehen kann.

Die Wasserdruckverhältnisse werden so gewählt, daß das Wasser mit etwa 5 m Druck in dem Maschinenrahmen 1 kreist. Es ent-

steht dann bei dem gezeichneten A^erhältnis an der Eintrittsstelle des Wasserluftgemisches in die Arbeitsschaufeln 6 ein Unterdruck, der genügend ist, um die Luft im Sinne der Pfeile 9 durch die Röhren 10 anzusaugen.

Um an den Stellen, an denen die Flüssigkeit in die Vorrichtung eintritt und aus derselben heraustritt, keine .Wasserverluste oder unbeabsichtigtes Eintreten von Luft zu erhalten, sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich, selbsttätige Dichtungen angebracht. Diese Dichtungen bestehen aus einem Überlappungsring 26, welcher mit dem umlaufenden Teil 5 befestigt ist und über den feststehenden

Teil 25 hinweggreift. Dieser Überlappungsring 26 kann zum besseren Festhalten des Spaltwassers mit Rippen 27 versehen sein. Es entsteht auf diese Weise ein Spalt zwi-. sehen dem feststehenden und sich drehenden Teil, in welchem sich die Flüssigkeit nach dem inneren Überdruck einstellen muß, ohne aus dem Spalt herauszufließen. Steht die Flüssigkeit z. B. für gewöhnlich auf dem Radius T₁ und steigt der Spaltdruck über den Außendruck, so stellt sich die Flüssigkeit auf den Radius r₂ ein. Hierdurch aber wird auf den Spalt der zum Abschluß erforderliche Druck ausgeübt.

An der Austrittsstelle des Wassers läßt sich diese Dichtung immer erreichen, da Radius i"t immer größer als r_c ist, denn es muß 2 g Ix₁ = (r? — r_c ²) · ω² ^y₁ und ebenfalls 2 gh₂ = (r? — r-r²) · ω² · y₂, wobei H₁ der Druckunterschied zwischen r, und r_c bezw.

r-[- Qi₁ nahezu gleich h.₂) und γ_λ und y₂ die spezifischen Gewichte der geförderten Flüssigkeit, da nun J₁ etwa 0,3 bis 0,6, γ.₂ aber gleich ι ist, so ist r-γ bedeutend größer als r_c-Die Vorrichtung ist ganz besonders für hydraulischen Antrieb geeignet. Im letzteren Falle wird das Aufschlagwasser bei 7 direkt zugeführt und bei 25 ganz atis der Maschine herausgeführt. Die Turbinenschaufeln 5 können, sofern genügend Wasser vorhanden ist, derart bemessen sein, daß sie nicht nur die in den Verdichtungsschaufeln 6 zu leistende Arbeit leisten, sondern noch einen Überschuß an Arbeit, der auf beliebige Weise von der Welle 2 abgenommen werden kann. Bei der in Fig. ι dargestellten Ausführungsform könnte dann der Elektromotor 3 eine Dynamomaschine sein. Die Anordnung einer solchen auf der Welle empfiehlt sich in jedem Fall, weil sie, wenn es eine Mehrphasen-Strommaschine ist, gleichzeitig zum Regulieren der Tourenzahl dient. Das Bestreben einer solchen, beständig synchron zu laufen, ist hinreichend, um die Regulierung zu bewirken.

Fig. 4 bis 6 zeigen die Abänderung der neuen Vorrichtung in der Weise, daß das Wasser als Antriebsmittel benutzt wird. Die Luftzuführung geschieht, um eine bessere Wirkung zu erzielen, weiter oben in dem Zuführungsrohr 28 durch die Röhren io. Um bei dieser Anordnung das Abscheiden der Luft an der Umbiegung des Rohres bei 29 unschädlich zu machen, sind glatte (Fig. 5, links) oder mit Rippen (Fig. 4 und 5, rechts) versehene Bleche 30 angeordnet. Hierbei findet zwar stets eine Abscheidung der Luft nach der gewölbten Seite statt, jedoch so verteilt, daß sie unschädlich ist.

Die Zuführung kann in jedem Fall auch achsial erfolgen, wie in Fig. 6, wobei die ganzen Schaufeln wiederum so gekrümmt werden können, daß kein einseitiger Druck auftritt; auch kann das Wasser aus der Turbine 5 mit einem beliebigen Druck entnommen werden.

Die Vorrichtung kann auch für Absaugung aus einem luftverdünnten Raum benutzt, und es können auch mehrere Vorrichtungen in Verbundwirkung hintereinander geschaltet werden; als Flüssigkeit können auch Salzlösungen, Öle oder flüssige Metalle und dergl. verwendet werden.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zum Verdichten von Luft go oder anderen Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Flüssigkeitsgemisch in dem umlaufenden Gliede einer Schleuderpumpe verdichtet und nach Abscheidung des Gases die Preßflüssigkeit durch eine auf Antrieb der Schleuderpumpe wirkende Turbine wirken läßt.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichterrad mit dem turbinenartigen Rade auf einer gemeinschaftlichen Welle angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, bei welchem der Abscheideraum für das Gas mit dem Verdichterrad und dem Türbinenrad zu einem Stück vereinigt ist und mit ihnen umläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit Abscheidetrommel, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch eine Einschnürung der Abscheidetrommel auf eine geringe Relativg'eschwindigkeit gebracht wird und vorteilhaft noch durch Führungsrippen stellenweise eine nach innen gerichtete Bewegung erhält, zum Zweck, die Abscheidung des Gases zu erleichtern.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit • selbsttätiger Dichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zwischen dem umlaufenden und feststehenden Teil mittels

*'■■

Überlappung gebildeten Spalt die Flüssigkeit entsprechend dem Spaltdruck sich der Achse nähern kann ohne auszufließen.

6. Vorrichtung nach Anspruch ι mit hydraulischem Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verdichtung erforderliche, gegebenenfalls auch andere von der Welle abnehmbare Arbeit in dem umlaufenden Gehäuse bezw. in der Turbine geleistet wird. -

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Teilungswände im Zuführrohr des Gas- und Flüssigkeitsgemisches, zum Zweck, die Abscheidung des Gases in viele Teile zu zerlegen und dadurch unschädlich zu machen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.