-
Turboverdichter Zum Erreichen einer höheren Verdichtung ist es bekannt,
mehrstufige Turboverdichter vorzusehen. Werden alle je einer Stufe zugeordneten
Laufräder auf einer gemeinsamen Läuferwelle angeordnet, so können entsprechend dem
zunehmenden Verdichtungsgrad bei konstanter Drehzahl der Welle die einzelnen Stufen
nicht mit optimalem Liefergrad betrieben werden, da bei fortschreitender Verdichtung
eine Drehzahlerhöhung nc4.wendig ist, um innerhalb des Verdichters optimale Bedingungen
zu erzielen. Eine diesbezügliche Verbesserung bringen jene bekannten Turboverdichter
mit sich, bei denen zwei oder mehrere je für sich mehrstufig ausgebildete Verdichtereinheiten
zu einem Aggregat zusammengefaßt sind und unter jeweiliger Zwischenschaltung eines
Übersetzungsgetriebes gemeinsam angetrieben werden. Bisher weist aber jede Verdichtereinheit
ein eigenes druckfestes Gehäuse mit zwei lagern für die Läuferwelle, zwei Gehäusedeckeln
und zwei | nach außen dichtenden Stopfbüchsen auf, wobei die zwiethen; geschalteten
Ubersetzungsgetriebe wieder eigene Baueinheiten mit entsprechenden Wellenlagern
bilden und die Läuferwellen mit den Getriebewellen durch Kupplungen verbunden sind.
Das Gesamtaggregat erhält daher vergleichsweise große Abmessungen bzw. Baulängen
und SO
ergeben sich erhöhte Investitionskosten für die Furdamentierung
und den erforderlichen Gebäudeanteil. resendere Schwierigkeiten bereiten auch die
Stopfbüchsen, wenn es sich um höhere Drücke handelt, wobei jedes Einzelgehäuse mit
derartigen Stopfbüchsen ausgestattet sein muß, so daß sich die Anzahl der Stopfbüchsen
entsprechend erhöht, ganz abgesehen davon, daß auch die Vervielfachung der Wellenlager,
der Gehäusedeckel, der Kupplungen und der Getriebelager zu einer wesentlichen Erhöhung
des technischen Aufwandes führt.
-
Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu
beseitigen und einen Turboverdichter zu schaffen, der bei großer Fördermenge, hoher
bzw. höchster Verdichtung und optimalem Wirkungsgrad eine vereinfachte Konstruktion
mit wesentlich verminderter Baulänge, verringertem technischem Aufwand, verminderten
Investitionskosten und erhöhter Betriebssicherheit aufweist.
-
Ausgehend von einem Turboverdichter, der aus wenigstens zwei je für
sich mehrstufigen Verdichtereinheiten besteht, die unter Zwischenschaltung eines
Übersetzungsgetriebes gemeinsam antreibbar sind., w;i dies Aufgabe erfindungsgemäss
im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Verdichtereinheiten mit dem bzw. den Getrieben
in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei die treibenden und/oder getriebenen
Getrieberäder auf den Läuferwellen der Verdichtereinheiten fliegend sitzen. Da also
die beiden bzw. alle Verdichtereinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht
sind,
das auch das bzw. die tibersetzungegetriebe aufnimmt, brauchen
insgesamt nur mehr zwei nach außen abdichtende Stopfbüchsen vorgesehen zu werden.
Da ferner die ;C -trieberäder unmittelbar auf den Läuferwellen sitzen, werden die
bisher notwendigen Kupplungen zwischen den Läufer- und den Getriebewellen und die
eigenen Getriebewellenlager eingespart, so daß sich eine wesentliche Verminderung
des technischen Aufwandes ergibt. Zugleich wird aber auch die Baulänge des Gesamtverdichters
beträchtlich verringert, was sich in verminderten Investitionskosten für die Fundamentierung
und auch in einem kleineren Raumbedarf auswirkt. Die insgesamt erzielte Kompaktbauweise
bringt ferner den weiteren Vorteil mit sich, daß die Betriebssicherheit durch den
Fortfall einer Mehrzahl von Hochdruckstopfbüchsen, Wellenlagern und Kupplungen erhöht
und die Gefahr des Auftretens von Schwingungen verringert wird. Dennoch kann der
Verdichter mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden, weil sich die Drehzahl der
einzelnen Verdichtereinheiten bei entsprechender Wahl des Übersetzungsverhältnisses
in den zwischengeschalteten Getrieben der theoretischen optimalen Drehzahlkurve
weitgehend anpassen läßt.
-
Da das bzw. die Übersetzungsgetriebe im gemeinsamen Gehäuse der Verdichtereinheiten
angeordnet sind und die treibenden und/oder getriebenen Getrieberäder unmittelbar
auf den Läuferwellen sitzen, muß dafür gesorgt sein, daß das verdichtete Gas nicht
zum Schmieröl für das Getriebe bzw. das benachbarte Wellenlager gelangt.
-
Zu diesem Zweck sind in weiterer Ausbildung der Erfindung zwischen
dem Läufer jeder Verdichtereinheit und dem zugehörigen Getrieberad läuferseitig
eine Labyrinthstopfbüchse mit anschließender Leckgasabführung, getriebeseitig ein
Wellenlager mit ansöhließender Ölspritzscheibe samt Ölfalle und Leckölableitung
und dazwischen eine Gleitringpackung mit Entlüftungseinrichtung vDrgesehen. Damit
ist für eine einwandfreie Trennung von Gas und Schmieröl gesorgt.
-
Um die Leckgasverluste auf ein Minimum herabzusetzen und den Übertritt
des verdichteten Gases zum Schmieröl noch sicherer zu verhindern, besteht die Labyrinthstopfbüchse
aus ohne Radialspiel eingebauten Lamellen aus Silber od.
-
dgl.. Da diese Lamellen ohne Radialspiel eingebaut werden, ergibt
sich erst nachträglich bei der Läuferrotation durch Abschleifen das für den Betrieb
notwendige Radialspiel, das aber die gerigstmögliche Größe erhält. Dabei wird durch
die besondere Materialwahl erreicht, daß die beim Abschleifen auftretende Wärme
rasch in die Lamellen abgeführt und eine ungünstige Erwärmung der Läuferwelle selbst
vermieden wird. An Stelle von Silber kann auch ein anderer Werkstoff gewählt werden,
der bei hoher Wärmeleitfähigkeit weich genug ist, um sich im Betrieb selbst abzuschleifen.
-
Die Getriebeeinheiten kennen gleichachsig oder je nach Getriebeart
mit geringer radialer Versetzung in einer Flucht hintereinander angeordnet werden.
Die erfindungsgemäße Ausbildung gibt aber auch die Möglichkeit, daß
bei
einer geraden Anzahl von mehr als zwei Verdichtereinheiten ein gemeinsames tbersetzungsgetriebe
vorgesehen i3« das mehrere je einer Verdichtereinheit zugeordnete Abtriebswellen
aufweist und in an sich bekannter Weise in der Mitte zwischen den parallelen, sich
jeweils paarweise' gegenüberliegenden Verdichtereinheiten angeordnet ist, Bo daß
eine einem Mehrzylinderboxermotor ähnliche Anordnung erzielt wird, die sich durch
eine besonders kompakte Bauweise auszeichnet.
-
Ist der. Turboverdichter als Radialverdichter ausgebildet, ist es
besonders günstig und zweckmäßig, wenn die Umlenk-bzw. Verbindungskanäle von Stufe
zu Stufe und gegebenenfalls von Verdichtereinheit zu Verdichtereinheit als schraubenförmig
auseinandergezogene, sich vorzugsweise diffusorartig erweiternde Spiralen ausgebildet
sind. Bisher sind die Umlenkkanäle im Axialschnitt etwa U-förmig gestaltet, wobei
das Gehäuse aber vergleichsweise große radiale Abmessungen erhalten muß, weil die
Kanallänge in radialer Richtung und der Krümmungsradius der Kanäle wegen der sonst
auftretenden Stoßverluste nicht zu klein gewählt werden dürfen. Die strömungsgünstige
Spirale ergibt dagegen eine viel geringere radiale Ausdehnung, wobei durch das schraubenförmige
Auseinanderziehen auch der axiale Abstand von Stufe zu Stufe bzw. von Verdichtereinheit
zu Verdichtereinheit überbrückt wird. Innerhalb der Schraubenwindungen läßt sich
auch ohne weiteres das Getriebe unterbringen. Es ist zwar bereits bekannt, Laufräder
innerhalb eines Spiralgehäuses anzuordnen, doch handelt es sich
dabei
um eine in einer Ebene liegende Spirale, die nur die Ableitung des verdichteten
Gases, beispielsweise in einen Zwischenkühler, nach außen und nicht die Verbindung
zur nächsten Verdichterstufe zuläßt.
-
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand bei spielsweise dargestellt,
und zwar zeigen Fig. 1 einen aus zwei Verdichtereinheiten bestehenden Radialturboverdichter
im Axialschnitt, Fig. 2 die Einrichtung zur zel-Trennung von Gas und Schmieröl als
Ein/heit im größeren Maßstab, Fig. 3 das Schema eines aus zwei Verdichtereinheiten
bestehenden Axialturboverdichters und Fig. 4 eine andere Bauart eines Radialturboverdichters
ebenfalls schematisch.
-
Der Radialverdichter nach Pig. 1 besteht aus zwei Verdichtereinheiten
I, II, von denen jede vier Stufen umfaßt. Die Laufräder 1, 2, 3, 4 bilden die Stufen
der ersten Verdichtereinheit I, die Laufräder la, 2a, 3a und 4a jene der zweiten
Verdichtereinheit II. Jede der beiden Einheiten besitzt eine eigene Läuferwelle
5, 5a mit zwei Wellenlagern 6,7 bzw. 6a, 7a. Für beide Einheiten I, II ist ein gemeinsames
Gehäuse 8 vorgesehen, in dem auch ein zwischen den beiden Einheiten angeordnetes,
als Planetengetriebe ausgebildete Lberse-8zungsgetriebe 9 angeordnet ist. Die Läuferwelle
5 wird von einem Motor, einer Dampfturbine od. dgl. angetrieben.
-
Auf ihr sitzt fliegend das treibende Rad 10 des Getriebes 9, wogegen
das getriebene Rad 11 ebenfalls
fliegend auf der LäuferweLle 5a
aufgekeilt ist. bcrinach sind für den ganzen Turboverdichter nur zwei nach außen
dichtende Stopfbüchsen 12, 13 und zwei Gehäusedeckel 14, 15 erforderlioh und es
ertibrigen sich eigene Getriebewellenlager, da diese mit den Läuferwellenlagern
7, 7a identisoh sind. Selbstverständlich entfallen auch die sonst zwisohen den Läufer-
und Getriebewellen erforderlichen Kupplungen. Die Umlenk-bzw. Verbindungskanäle
16, 17, 18, 19r 20 von der ersten zur zweiten, von der dritten zur vierten, von
der vierten zur fünften, von der seohsten sur siebten und von der siebten zur achten
Verdiohterstufe sind als schraubenförmig auseinandergezogene, sich diffusorartig
erweiternde Spiralen ausgebildet, wobei innerhalb der von der Spirale 18 gebildeten
Windungen das Getriebe 9 untergebracht ist. Das Gas wird durch die Leitung 21 angesaugt,
nach der zweiten Stufe einem Zwischenktihler 22 zugeleitet, tritt von diesem in
die dritte Stufe ein, erfährt nach der fünften Stufe eine weitere Kühlung in einem
Zwischenkühler 23, gelangt von diesem in die sechste Stufe und tritt schließlich
durch den Stutzen 24 voll verdichtet aus. Selbstverständlich wäre es auch möglich,
die Gasführung in anderer Weise, und zwar so vorzunehmen, daß der auftretende Axialschub
an den Läuferwellen weitgehend ausgeglichen wird.
-
Um zu verhindern, daß das aus der vierten Verdichterstufe austretende
Gas mit dem Schmieröl für das Getriebe 9 bzw. 9' und das Lager 7 in Berührung kommt,
sind
gemäss Fig. 2 zwischen dem Laufrad 4 und dem zugehörigen treibenden
Rad 10' des als innen verzahntes Stirnradgetriebe ausgebildeten Übersetzungsgetriebes
9 mit dem getriebenen Rad 11' läuferseitig eine Labyrinthstopfbüchse 25 mit anschließender
Leckgasabführung 26 und getriebeseitig eine Ölspritzscheibe 27 mit einer Ölfalle
28 und einer Leckölableitung 29 torgesehen. Dabei wird durch die Ölfalle 28 verhindert,
daß das von der Spritzscheibe 27 abgeschleuaerte Öl an den Stirnwänden zurück zur
Welle 5 gelangen kann. Zwischen der Leckgasabführung 26 und der Ölfalle 28 ist noch
eine Gleitringpackung 30 mit einer Entlüftungseinrichtung 31 angeordnet, um gegebenenfalls
auftretende Druckunterschiede auszugleichen. Die Stopfbüchse 25 besteht aus Silberlamellen
25', die ohne Radialspiel eingebaut werden.
-
Gemäss Fig 3 werden die beiden Verdichtereinheiten I, II von je einem
Rotor 32, 32a gebildet, die jeweils auf den beiden Läuferwellen 5, 5a mit ~den Lagern
6,7 bzw.
-
6a, 7a sitzen, wobei die beiden Rotoren 32, 32a wieder in einem gemeinsamen
Gehäuse 8 angeordnet sind und ein als Planetengetriebe ausgebildetes Übersetzungsgetriebe
9 zwischengeschaltet haben. Wieder sind nur zwei nach außen dichtende Stopfbüchsen
12, 13 vorgesehen. Mit 21 sind der Gaseintritt und mit 24 der Gasaustritt bezeichnet.
-
Gemäß Fig. 4 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 8a vier vierstufige
Verdichtereinheiten I-IV untergebracht, wobei
nur die erste, Verdichtereinheit
I mit den Laufrädern 1 - 4 und der Läuferwelle 5 und die letzte Verdiohtereinheit
IV mit den Laufrädern lc - 4c und der Läuferwelle 5c sichtbar sind. In der Mitte
zwischen den parallelen, sich jeweils paarweise gegenüberliegenden Verdiohtereinheiten
I, II, III, IV ist ein Übersetzungsgetriebe 9 " angeordnet, das als Kegelgetriebe
ausgebildet ist und entsprechend den vier Verdichtereinheiten vier Abtriebswellen,
nämlich die Läuferwellen 5, 5a, Sb, 5c aufweiet. Der Antrieb erfolgt in diesem Pall
über die Getriebeeingangswelle 33, die normal zu den Läuferwellen liegt. Es wäre
allerdings auch möglich, wieder die Läuferwelle 5 der eraten Verdichtereinheit anzutreiben
und das Getriebe mit Stirnrädern und Zwischenrädern auszustatten. Hier sind zwar
mehr als zwei nach außen dichtende Stopfbüchsen 12, 34 erforderlich, doch erhält
der Gesamtverdichter eine besonders kompakte Bauweise mit günstigen Abmessungen.
Das Gas tritt bei 21 ein, wird vom Auslaß 24 der ersten Verdichtereinheit einem
Zwischenkühler 22 zugefthrt, von diesem der zweiten Einheit zugeleitet, nach dieser
in einem weiteren Kühler 23 gekühlt, der nächsten Einheit zugeführt, im Kühler 35
nochmals gekühlt und schließlich in der letzten Stufe voll verdichtet, aus der es
bei 36 austritt.