DE2103407A1

DE2103407A1 - Mehrstufiger Verdichter

Info

Publication number: DE2103407A1
Application number: DE19712103407
Authority: DE
Inventors: Rene Winterthur Strub (Schweiz). P
Original assignee: Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG
Current assignee: Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG
Priority date: 1971-01-20
Filing date: 1971-01-26
Publication date: 1972-08-03
Also published as: JPS5636314B1; CA941807A; US3795458A; DE2103407B2; NL149887B; IT946642B; CH533768A; GB1373177A; FR2122901A5; NL7102262A

Description

BST 012

Brown Boveri - Sulzer Turbomaschinen A.G., Zürich, Schweiz

Mehrstufiger Verdichter

Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrstufigen (J Verdichten, auf dessem Läufer mindestens einem axial durchströmten Schaufelkranz in Strömungsrichtung ein diagonal bzw. radial durchströmtes Schaufelrad folgt.

Verdichter der genannten Art sind bekannt (z.B. US-Patentschrift 2 371 706). Von solchen Verdichtern erwartet man eine Verbesserung des Wirkungsgrades, weil die Verdichtung in den Stufen niedrigen Drucks und grossen spezifischen Volumens durch die axiale Beschaufelung mit ^

einem besseren Wirkungsgrad erreicht werden kann als wie *

mit Radialrädern, während bei hohen Drücken und geringen spezifischen Volumen mit Radialrädern ein mehrfach grösseres Verdichtungsverhältnis in einer einzelnen Stufe mit immer noch befriedigendem Wirkungsgrad erreicht werden kann. Durch geeignete Aufteilung der Verdichterstufen,in axiale im Niederdruckteil und in radiale im Hochdruckteil, lässt sich der Wirkungsgrad des Verdichters - auch unter Berücksichtigung erhöhter Aufwendungen für den Bau und den Betrieb -

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gesamthaft doch noch lohnenswert erhöhen. Es ist auch bekannt, dass in Verbindung mit Zwischenkühlung der Wirkungsgrad eines Verdichters verbessert und dem Wirkungsgrad der isothermen Verdichtung angenähert werden kann. Bei diesen bekannten Verdichtern wurde das Verdichtungsmittel aus der letzten axialen Stufe ohne Umlenkung in axialer Richtung geradeaus in den auf gleichem Durchmesser befindlichen Eintritt der ersten radialen Stufe geführt.

Es lässt sich nun nachweisen, dass ein Höchstwert des Gesamtwirkungsgrades eines Verdichters - Herstellungsund Betriebskosten miteingerechnet - dann zu erreichen ist, wenn im axialen Teil die Verdichtung noch ohne Zwischenkühlung durchgeführt wird und zwar soweit, als es die bei dieser politropen Verdichtung ansteigende Temperatur des Verdichtung smittels erlaubt und die weitere Verdichtung durch ein oder mehrere Radialräder durchgeführt wird.

Die Erfindung schlägt deshalb vor, zwischen dem letzten axialen Laufschaufelkranz und dem darauffolgenden ersten diagonalen bzw. radialen Laufrad einen mit dem Gehäuse verbundenen, die axiale Strömung - umlenkenden, ersten Umlenkteil anzuordnen, an den ein radial nach aussen führender Kanal anschliesst, der seinerseits über einen zweiten Umlenkteil in einen wieder nach innen führenden Kanal eintritt, welcher in das erste diagonale bzw. radiale Laufrad mündet, und wobei ferner mindestens einer der beiden -- Kanäle mindestens ein Kühlelement enthält.

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Hierdurch wird erreicht, dass gleich das erste radiale Laufrad schon mit dem höchst möglichen Druckverhältnis - das ja bekanntlich weit höher als das mögliche Druckverhältnis einer einzelnen axialen Stufe ist - belastet v/erden kann. Für die Verdichtung bis zum Enddruck sind dann noch in entsprechender Anzahl weitere Radialräder angeschlossen, zwischen die in gleicher Art Zwischenkühler eingeschaltet sein können.

Es empfiehlt sich, den die Axialschaufein aufweisenden Abschnitt des Läufers überhaupt ohne Zwischenkühlung des Verdichtungsmittels politropisch zu betreiben. Die Leitschaufeln des axialen Teiles können mindestens in der ersten Stufe einstellbar ausgeführt sein, damit erhält man auch bei Teillast und Ueberlast einen verbesserten Wirkungsgrad. Es empfiehlt sich auch, zwischen dem letzten axialen Laufschaufelkranz und dem ersten Umlenkteil einen Kranz einstellbarer Leitschaufeln anzuordnen, um die Strömung in dem radial nach aussen gerichteten Kanal bei Teil- und Ueberlast in geordne- w ter Richtung zu halten. Diese Einordnung der Strömung ist besonders wichtig, um die Strömungsenergie des Verdichtungsmittels in dem als Diffusor zur Wirkung kommenden, radialen Kanal mit möglichst geringen Verlusten in Druckenergie überführen zu können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Zeichnung vereinfacht dargestellt.

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Der Läufer 1 des Verdichters besitzt in einem ersten Teil sechs axiale Laufradkränze 2 bis 7 und in einem zweiten Teil drei radiale Laufräder 8 bis 10. Er ist durch ein Gehäuse 11 umschlossen, in dessen Zufuhrkanal das zu verdichtende Mittel eingeführt wird, während das verdichtete Mittel durch den Kanal 13 abgeführt wird. Im axialen Teil enthält der Verdichter einen Schaufelträger 14, in welchem sieben Leitkränze 15 bis 21 gelagert sind. Jede Schaufel dieser Leitkränze besitzt eine im Schaufelträger gelagerte Achse, auf der in Rundnuten 22 des Einstellzylinders 23 eingreifende Winkelhebel 24 sitzen. Der Verstellzylinder 23 ist unten mit einer Zahnstange 25 ausgerüstet, durch welche der Verstellzylinder mittels des Ritzels 26 des Motors 27 dem Betrieb entsprechend eingestellt werden kann.

Zwischen dem letzten axialen Laufradkranz 21 und dem ersten radialen Laufrad 8 ist ein mit dem Gehäuse 11 verbundener Umlenkteil 28 angeordnet, welcher die axiale Strömung aus dem ersten Verdichterteil in eine radial nach aussen gerichtete umlenkt. An dem Umlenkteil 28 ist dann ein radial nach aussen gerichteter und als Diffusor zur Wirkung kommender Kanal 29 angeschlossen, der seinerseits die Strömung über einen zweiten Umlenkteil 30 in einen radial nach innen gerichteten Kanal 31 führt. Schliesslich mündet die Strömung nach nochmaliger Umlenkung in das erste diagonale Rad 8 ein. Der nach, innen führende Kanal 31 ist mit Kühlele-

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menten 32 ausgerüstet, welche die im axialen Verdichterteil dem Verdichtungsmittel zugeführte Kompressionswärme abführen. Hierdurch wird das · Verdichtungsmittel wieder gekühlt, so dass in der ersten radialen Stufe schon das höchst mögliche Verdichtungsverhältnis ausgenützt werden kann, ehe eine weitere Zwischenkühlung durch die Elemente 3.3 erfolgt. Auch nach der Verdichtung im anschliessenden Rad 9 wird das Verdichtungsmittel erneut durch die Elemente 34 gekühlt, ehe der Enddruck durch das Laufrad 10 erreicht wird. ^

Die Elemente 32 besitzen zusammen eine' grössere Kühlfläche als die Elemente 33 und 34, weil durch den axialen Teil des Verdichters das Verdichtungsmittel auf die höchst zulässige Temperatur verdichtet wird, durch ein Radialrad aber nur die höchste Druckdifferenz einer solchen Stufe mit einer etwas geringeren Temperaturerhöhung entsteht.

Auch der als Diffusor zur Wirkung kommende radiale

Kanal 29 kann mit geeigneten Leitelementen ausgerüstet sein, · die ausserdem noch als Kühlelemente ausgebildet sein können.

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Claims

Patentansprüche

!./Mehrstufiger Verdichter, auf dessem Läufer mindestens einem axial durchströmten Schaufelkranz in Strömungsrichtung ein diagonal dzw. radial durchströmtes Schaufelrad folgt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem letzten axialen Laufschaufelkranz (7) und dem darauffolgenden ersten diagonalen dzw. radialen Laufrad (8)-ein mit dem Gehäuse (11) veroundener, die axiale Strömung « ■g umlenkender, erster Umlenkteil (28) angeordnet ist, an den ein nach aussen führender Kanal (29) anschliesst, der seinerseits üDer einen zweiten Umlenkteil

(30) in einen - wieder nach innen führenden Kanal

(31) eintritt, welcher in das erste diagonale dzw. radiale Laufrad (8) mündet und dass ferner mindestens einer der Beiden Kanäle (29 dzw. 31) mindestens ein Kühlelement (32) enthält.
2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der die Axialschaufeln (2 Dis 7) aufweisende AxialaDschnitt des Läufers ohne »'Kühlung des Verdichtungsmittels politropisch verdichtet.
3. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwischen dem ersten (8) und einem weitern (9 dzw'. 10) diagonalen dzw. radialen Laufrad

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ebenfalls ein Kühlelement (33 Dzw. 34) zur Zwischenkühlung des Verdichtungsmittels angeordnet ist.
4. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (15,16, usw.) mindestens der ersten Stufen des axialen Teiles um eine radiale Achse einstellDar sind.
5. Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Stufen mit einstellDarem Leitschaufelkranz mindestens eine weitere axial durchströmte Stufe mit festem Leitschaufelkranz (21a) folgt.
6. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anschliessend an den letzten axialen Laufschaufelkranz (7) ein Kranz einstellDarer Austrittsleitschaufeln (21) und darauf ein Kranz fester Eintritts- \ leitschaufeln (21a) für den radial nach aussen führenden Kanal (29) folgt.

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