DE2117067A1

DE2117067A1 - Verbesserter Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern

Info

Publication number: DE2117067A1
Application number: DE19712117067
Authority: DE
Inventors: Pieter Van Pijnacker Staveren (Niederlande)
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 1970-04-07
Filing date: 1971-04-07
Publication date: 1971-10-21
Also published as: CH536939A; JPS5141925B1; SU550130A3; NL144713B; DE2117067B2; CA939311A; BE765364A; GB1316003A; FR2092542A5; DE2117067C3; NL7004990A; SE372067B

Description

Patentanwalt Patentanwälte

Dr. phil. Gerhard Henkel Dr. rer. nat. Wolf-Dieter Henkel

D-757 Baden-Baden Balg Dip I.-Ing. Ralf M. Kern

^Dr· ^rer·^nat· ^{Lolhar Feiler}

P;⁸ JS!?

Eduord-Schmld-Str. 2 -η Tel.: (0811) 663197

Nederlandse Organisatle voor T#i»grMdf.iiinp#oiciMOndi»n

Toegepast-Natuurwetenschappelijk τ·ι#χ: :

Onderzoek ten behoeve van
Nijverheid, Handel en Verkeer

Den Haag / Niederlande

^{L J}

Untar Z«ld)*n: Betrltfti

Verbesserter Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern

Gegenstand der Erfindung ist ein Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern aum Verdichten eines Fluidums. Derartige Kompressoren sind allgemein bekannt. Die Bänder werden dabei durch eine strömende Flüssigkeit gebildet, die mit hoher Geschwindigkeit durch öffnungen in einem rotierenden Rotor nach außen tritt.

Die FlUssigkeitsbänder werden dadurch gebildet, daß in dem angetriebenen Rotor mechanische Leistung auf die Flüssigkeit übertragen wird. Um nun im Rotor möglichst viel Energie auf die Flüssigkeit zu übertragen, wird diese Flüssigkeit deshalb mit einer möglichst niedrigen Geschwindigkeit nahezu axial in den Rotor geführt. Die relative Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit aus dem Rotor tritt, entspricht unter diesen Umständen jedoch der örtlichen Umfangsgeschwindigkeit des Rotors oder sie ist größer als diese.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß, wenn die relative Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit niedriger als die

1098A3/13U

örtliche Umfangsgeschwindigkeit des Rotors ist, dies eine erhebliche Rendetnentsverbesserung ergibt. Unter Reridement ist dann jener Teil der dem Rotor zugeführten Leistung zu . verstehen, der auf das zu verdichtende Pluidum übertragen wird.

Eine Verringerung der relativen Austrittsgeschwindigkeit kann man durch Wegdrosselung eines Teils der Geschwindigkeits energie der Flüssigkeit in den Düsen im Rotor erhalten, zum Beispiel dadurch, daß in den Düsen Gazen angebracht werden.

Diese Verringerung der Geschwindigkeit resultiert dann in dickeren Flüssigkeitsbändern, die dadurch bis zu einem größeren Durchmesser wirksam sind als die ursprünglichen Plüssigkeitsbänder ohne das Gazepaket in der Düse. Die Flüssigkeitsbänder sind bis zu einem Durchmesser wirksam, worauf sie in Tropfen auseinanderfallen.

Obwohl die Drosselung eines Teils der Geschwindigkeitsenergie der Flüssigkeit eine Rendementsverbesserung erzielt, wird jedoch kinetische Energie in Wärme umgewandelt, was wieder einen erheblichen Verlust ergibt.

Zweck der Erfindung ist nun eine derartige Verbesserung des Zentrifugalkompressors mit Flüssigkeitsbändern mittels Verringerung der relativen Ausströmgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus den Düsen, daß eine bedeutende Erhöhung des Rendements erzielt wird, ohne daß Energie verloren geht. Dabei wird die Flüssigkeit mit einer Zufuhrgeschwindigkeit in den Rotor geführt, die seiner örtlichen Umfangsgeschwindigkeit nahezu entspricht.

Die Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitseintrittsöffnung des Rotors nahezu in derselben Umfangsflache des Rotors liegt, wie die Austrittsöffnungen

1098A3/13U

BAO

'der Düsen und daß rings um den Rotor der Eintrittsöffnung gegenüber eine mit einer Flüssigkeitszufuhrleitung verbundene ringförmige Flüssigkeitskammer angeordnet ist, deren über den Innendurchmesser angeordneter Zufuhrschlitz mit Leitschaufeln versehen ist, die in bezug auf den Rotor in dessen Drehrichtung soviel wie möglich tangential gerichtet sind und daß die absolute Eintrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit zum Rotor nahezu der örtlichen Umfangsgeschwindigkeit des Rotors entspricht.

Ein Kompressor mit Flüssigkeitsbändern mit einem derartigen Rotor hat ein bedeutend höheres Rendement, einerseits weil die Flüssigkeitsbänder bis zu einem größeren Durchmesser wirksam sind und andererseits, .weil weniger Leistung auf die Flüssigkeit übertragen zu werden braucht.

Bei diesem Kompressor mit Flüssigkeitsbändern ist es nicht möglich,alle erforderliche Leistung in den angetriebenen Rotor zu übertragen. Die Flüssigkeit muß bei Eintritt in den Rotor bereits ziemlich viel kinetische Energie besitzen, so daß eine extra Flüssigkeitspumpe erforderlich ist.

Die Verhältnisse des Rotors lassen sich mit Vorteil so wählen, daß in diesem Rotor der Flüssigkeit keine Leistung übertragen werden braucht. Die gesamte erforderliche Leistung wird dann in der Flüssigkeitspumpe der Flüssigkeit übertragen. Der Rotor des Kompressors mit Flüssigkeitsbändern braucht dann nicht mechanisch angetrieben zu werden.

Der Rotor wird somit durch die tangential gerichtete Flüssigkeit angetrieben.

Fernerhin läßt sich die Flüssigkeit nahezu axial zum Rotor führen und über eine umgebogene Zufuhr zum Umfang des Rotors leiten.

109843/ 13U " ⁴ "

Der bedeutende Vorteil davon ist, daß die dafür erforderliche Znetrifugalpumpe dann mit dem Rotor zusammengebaut werden kann, wodurch man ein kompakteres Ganzes erhält.

Eine zentrifugale Flüssigkeitszufuhrpumpe ist in der Achslinie des Rotors vorteilhaft aufgestellt und mit dem Rotor zu einem Ganzen vereint und rings um den Rotor ist ein ringförmiger Flüssigkeitsumleitungskanal angeordnet, von dem ein den Innendurchmesser entlang angebrachter Zufuhrschlitz der Zentrifugalpumpe gegenüber aufgestellt ist und ein den Innendruehmesser entlang angebrachter Abfuhrschlitz ) der Eintrittsöffnung des Rotors gegenüber aufgestellt ist und letztgenannter Abfuhrschlitz mit in bezug auf den Rotor in dessen Drehriehtung soviel wie möglich tangential gerichteten Leitsehaufeln .versehen ist*

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen.» in denen beispielsweise eine Ausführungsform dargestellt wird, näher erläutert,

Dabei zeigte

Fig» J. einen irertifcaleii ^uerschiiitt durch einen sehe~ inatisßh dargestellten SSentrifugalioonipressor imit Fliissigkeifesfelpdernj

» 2 einen Iteipefesehnitt ober die Mmie II - II in

FAg# ^ etoem mertüsalLeB ^uersetoi^t; über «tue

-dargestellte j|iasfiahiP«jagsforffl eines mt%

Der Im. WiM* 3· dargestellte Eöupressor Iteesteht aus Konjpressorge'häuse I₅, das ©it einem Flüssigkeitsbehälter 2 zusammengebaut ist. geatr&l im KiompressorgehSuse I ist ein Rotor 3 «aufgestellt, der mit einer Meile 4 fest verbunden

ist, die in einem fest mit dem Gehäuse 1 verbundenem Lagergehäuse 5 gelagert ist.

Der Rotor 3 ist mit Schaufeln 6 versehen zum Ansaugen eines zu verdichtenden Fluidums, zum Beispiel Luft, durch ein Ansaugmundstück 7·

Ferner ist der Rotor 3 mit Düsen 8 versehen, die direkt mit einem im Rotor angeordneten ringförmigen Schlitz 9 verbunden sind, in dem über den ganzen Umfang Schaufeln 10 angebracht sind, und in dem die Flüssigkeit über die Düsen verteilt wird.

Rings um den Rotor 3 befindet sich eine ringförmige Flüssigkeitskammer 11, die den Rotor teilweise umschließt und den Innendurchmesser entlang mit einem Flüssigkeitsabfuhrschlitz 12 versehen ist, der der Einfuhr 18 des ringförmigen Schlitzes 9 gegenüber aufgestellt ist. Im Flüssigkeitsabfuhrschlitz 12 sind Leitschaufeln IJ angebracht, die in bezug auf den Rotor 3 in dessen Drehrichtung tangential gerichtet sind. Der Rotor 3 wird durch die tangential gerichtete Flüssigkeit angetrieben.

Die Flüssigkeitskammer 11 ist an eine Flüssigkeitszuführleitung 14 angeschlossen, die über eine Regelvorrichtung 15 mit einer Pumpe 16 gekoppelt ist. Die Pumpe 16 ist über die Pumpleitung 17 an den Flüssigkeitsbehälter 2 angeschlossen.

Der Erfindung gemäß liegt die Eintrittsöffnung 18 vor der die Flüssigkeitsbänder bildenden Flüssigkeit und die Austrittsöffnungen 19 nahezu in derselben Umfangsflache des Rotors 3 und die kürzesten Verbindungen zwischen diesen öffnungen werden somit durch die Kanäle 8 und 9 gebildet.

- 6 109843/13U

In dem über die Linie II-II von Pig. I dargestellten Querschnitt in Pig. 2 erhellt deutlich, auf welche V/eise die PlUssigkeitskammer 11 den Rotor 3 umschließt und auch wie die Leitschaufeln 13 tangential gerichtet sind.

Der Raum, in dem die Flüssigkeitsbänder gebildet werden, wird begrenzt durch die Wände 20 und 21, die von einem Sammelkanal 22 umschlossen werden, der mit dem Flüssigkeitsbehälter 2 in offener Verbindung steht.

Das verdichtete Fluidum wird auf bekannte Weise im Flüssigkeitsbehälter 2 mit Hilfe der Scheidewände 23 von der Flüssigkeit getrennt und danach über den Austritt 24 abgeführt.

In Fig. 3 wird von dem erfindungsgemäßen Rotor eine Ausführungsform dargestellt^ bei der der Rotor mit einer zentrifugalen FlUssigkeitszufuhrpumpe 25 kombiniert ist, die einerseits mit einer ringförmigen Flüssigkeitskammer 26 in Verbindung steht, von der der Stutzen 27 mit der Flüssigkeitszufuhrleitung 14 verbunden wird und andererseits mit einem ringförmigen FlUssigkeitsumleitungskanal 28, von dem ein den Innendurchmesser entlang angeordneter Zufuhrschlitz

29 der Zentrifugalpumpe 25 gegenüber aufgestellt ist und ein den Innendurchmesser entlang angeordneter Abfuhrschlitz

30 der Eintrittsöffnung 18 des Rotors 3 gegenüber. Im Abfuhrschlitz 30 befinden sich Leitschaufeln 31, die in bezug auf den Rotor wieder soviel wie möglich tangential gerichtet sind.

Es versteht sich, daß der erfindungsgemäße Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern, insofern es den Kompressorraum betrifft, gemäß dem vom Anmelder eingereichten, nicht vorpublizierten Patentgesuch P 20 10 542.4 (BRD V in dem

- 7 -109843/ 13U

BAD

2117087

der Abstand zwischen den beiden den Kompressorraum begrenzenden Wänden aus dem Zentrum in radialer Richtung allmählich zunimmt und die auf den Wänden zurückbleibende Flüssigkeitsschicht während des Verdichtungsvorganges entfernt wird, ausgeführt werden kann; oder entsprechend dem vom Anmelder eingereichten, nicht vorpublizierten Patentgesuch P 20 08 562.5 (BRD), in dem eine oder beide der de& Kompressorraum begrenzenden, parallelen Wände konzentrisch mit dem Rotor frei-rotieren kann und den Umfang entlang mit Schaufeln versehen ist, die über ihre dem Rotor zugekehrten Vorderseiten durch eine Gazewand verbunden sind, die das verdichtete gasförmige Medium zur Abfuhröffnung abbiegt, aber die Flüssigkeit der Flüssigkeitsbänder durchläßt.

Die Ausführung des erfindungsgemäßen Zentrifugalkompressors mit Flüssigkeitsbändern läßt sich vorteilhaft in einem Gasturbinenzyklus verwenden.

109843/1314

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.)Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern zum Verdichte-/

ten eines Fluidums und versehen mit einem angetriebenen Rotor mit Düsen für die die Bänder bildende Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitseintrittsöffnung des Rotors nahezu in derselben Umfangsfläche des Rotors liegt wie die Austrittsöffnungen der Düsen und daß rings um den Rotor der Eintrittsöffnung gegenüber eine mit einer Flüssigkeitszufuhrleitung verbundene ringförmige Flüssigkeitskammer angeordnet ist, deren über den Innendurchmesser angebrachter Zufuhrschlitz mit Leitschaufeln versehen ist, die in bezug auf den Rotor in dessen Drehrichtung soviel wie möglich tangential gerichtet sind -und daß die absolute Eintrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit zuo Rotor nahezu der örtlichen Umfangsgeschwindigkeit des Rotors entspricht.

2. Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse derart gewählt werden, daß der Rotor durch die tangential gerichtete Flüssigkeit angetrieben wird.

j5. Zentrifugalkompressor mit Flüssigkeitsbändern nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Achslinie des Rotors eine zentrifugale Flussigkeitszufuhrpumpe aufgestellt und mit dem Rotor zu einem Ganzen vereint ist und daß rings um den Rotor ein ringförmiger Flüssigkeitsumleitungskanal angeordnet ist, von dem ein den Innendurchmesser entlang angeordneter Zufuhrschlitz der Zentrifugalpumpe gegenüber aufgestellt ist und ein den Innendurchmesser entlang angeordneter Abfuhrschlitz der Eintrittsöffnung des Rotors gegenüber und daß letztgenannter Abfuhrschlitz mit in bezug auf den Rotor in dessen Drehrichtung soviel wie möglich tangential gerichteten Leitschaufeln versehen ist.

109843/13U