DE2230023A1 - Zentrifugalkompressor - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dr. Gerhard HENKEL

Baden-Baden-Balg

Or. W-D. HENKEL · Dipl.-Ing. R. M. KEEK .

Dr. Lothar FEILEB
München flO, Biuard-SoHm*«*·²

Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek ten behoeve van Nijverheid, Handel en Verkeer
Den Haag, Niederlande
ZENTRIFUGALKOMPRESSOR

20.JÜNI197Z

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um einen Zentrifugalkompressor, der mit einem angetriebenen Rotor mit Schaufeln, die zu dem Umfang des Rotors hin in dessen Drehrichtung vornübergebogen sind, ausgestattet'ist.

Ein derartiger Zentrifugalkompressor ist allgemein bekannt. Er hat gegenüber einem Zentrifugalkompressor mit einem mit Radialschaufeln ausgestatteten Rotor den Vorteil, dass bei gleicher Rotorumfangsgeschwindigkeit die je Gewichtseinheit Gas übertragene Energie höher ist. Dieser Vorteil kommt zum Ausdruck in einer Verminderung der Umdrehungszahl oder einer Verkleinerung des Rotordiameters für einen Zentrifugalkompressor, der ein gewünschtes Druokverhältnis erzeugen muss.

Diesem Vorteil steht der Nachteil eines ungünstigen Regulierverhaltens gegenüber. Die übertragene Energie ist nämlich in viel stärkerem Masse von dem Gasvolumenstrom abhängig, und zwar derart, dass eine Verminderung dieses Gasvolumenstroms bei gleichbleibender Umdrehungszahl eine Verminderung der je Gewichtseinheit Gas duroh den Rotor übertragenen Energie verursacht. Die damit verbundene Verminderung der Druckverhaltnisse giht im allgemeinen eine noch weitere Reduktion des Gasvolumenstroms, wodurch eine starke Neigung zur Instabilität entsteht. Diese Art der Instabilität wird in der englischspraohigen Literatur mit dem Wort "surge" bezeichnet.

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Ziel und Zweck der vorliegenden Erfindung ist, das Regulierverhalten des obenbeschriebenen Zentrifugalkompressors dadurch zu verbessern, dass die Neigung zur Instabilität stark vermindert.

Sie kennzeichnet sich dadurch, dass zur Bildung von Flüssigkeitsbändern im Rotor Düsen angebracht sind, die einerseits an einen mit einer axialen Flüssigkeitszufuhr verbundenen gemeinschaftlichen Zentralraum anschliessen, und andererseits in so gut wie rotationssymmetrisch angebrachten Düsenöffnungen enden, deren Austrittrichtung fast senkrecht auf die Achsrichtung des Rotors steht, und deren Austrittwinkel in bezug auf die radiale Richtung fast gleich dem Winkel des im gleichen Diameter liegenden Teiles der vornübergebogenen Schaufeln ist, und der Rotor, wie üblich, durch einen Verdichtungsraum für Flüssigkeitsbänder umschlossen wird, der in offener Verbindung mit einem Flüssigkeitsbehälter steht, an den die Flüssigkeitszufuhr zu den Düsen angeschlossen ist und aus denen das .verdichtet* Gas durch einen Ausläse abgeführt werden kann.

Die unter hoher Geschwindigkeit aus dem Rotor tretenden Flüssigkeitsbänder liefern einen bedeutenden Beitrag zur Energieübertragung an das zu verdichtende Gas.

Bei konstanter Drehzahl wird der Flüssigkeitsmassenstrom im Gegensatz zu dem Gasmassenstrom wenig durch den Gasdruck im Koapressorauslass beeinflusst. Deshalb wird bei einem bestimmten Stand des Regulierventils in der Flüssigkeitszufuhrleitung eine Reduktion des Gasmassenstroms eine

Zunahme des Massenstromverhältnisses zwischen Flüssigkeit und Gas zur Folge haben.

Demzufolge nimmt die Leistung, die je Gewichtseinheit Gas über die Flüssigkeitsbänder an das Gas übertragen wird, zu. Diese Zunahme kompensiert die Abnahme der über die Schaufeln dem Gas übertragenen 'Leistung, und wird eine Instabilität verursachende Abnahme des Druckverhaltnisses vermieden.

Die Düsen können unabhängig von den vornübergebogenen Schaufeln im Botor angebracht sein.

Von Vorteil ist, dass die Düsenöffnungen in den Schaufelenden angebracht sind.

Die Düsen kommen zahlenmässig mit den vornübergebogenen Schaufeln überein und sind zu einem Teil in den Schaufeln angebracht. Sie können auch ganz in den Schaufeln angebracht sein, wo sie, wie üblich, im Zentrum an einen ringförmigen gemeinschaftlichen Raum anschliessen.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Düsen ganz in den Schaufeln angebracht sind.

Die Erfindung wird unten an Hand von Zeichnungen, in denen beispielsweise eine Ausftthrungsform wiedergegeben wird, näher erklärt werden.

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Figur 1 stellt einen vertikalen Querdurchschnitt eines schematisch wiedergegebenen Zentrifugalverdichters dar;

Figur 2 einen Durchschnitt über die Linie II - II des Rotors in vergrossertem Massstab aus Fig. 3;

Figur 3 eine Seitenansicht eines Teiles des Rotors in vergrössertem Massst ab.

Der in Figur 1 wiedergegebene ZentrifugalRompreenfsr besteht aus einem Koappsssorgehäuse 1 _f das mit einem Flüssigkeitsbehälter 2 zusammengebaut ist. Zentral im Kompreeeorgehäuse 1 ist ein Rotor 3 aufgestellt, der mit einer Achse 4 fest verbunden ist, die in einem fest mit Gehäuse 1 verbundenen Lagergehäuse 5 gelagert ist*

Der Rotor J wird mittels der Achse 4 durch einen Elektromotor 6 angetrieben.

Der Rotor 3 i^s"t mit an der Gaseintrittseite in bezug auf die Axialrichtung in der Drehrichtung vornübergebogenen Schaufeln 7 zum Verdichten eines Gases, z.B. eines Freongases, ausgestattet, das durch ein Ansaugmundstüok8angesäugt wird.

Weiter ist der Rotor 3 mit rotationssymmetrisch angebrachten Düsen 9 ausgestattet, die in einem Zentralraum 10 ausmünden, der an eine Flüssigkeitszufuhrleitung 11 ange-

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schlossen ist, die mittels einer ReguliervO.rrichtung an den Flüssigkeitsbehälter 2 angeschlossen ist. Die Flüssigkeitszufuhr erfolgt durch die zwischen Kqbh ,,pjse-eaorainlass und Kojapre§sorauslass bestehende Gasdruckdifferenz.

Der Raum, in dem die Flüssigkeitsbander gebildet werden, wird durch die Wände 13 und 14 des Kompreseorgehäuses 1 "begrenzt.

Das verdichtete Gas wird, wie üblich, in dem Flüssigkeitsbehälter 2 mit Hilfe von Scheidewänden 15 von der Flüssigkeit getrennt und darauf über das Auslass ,16 abgeführt.

Aus dem in Fig. 2 dargestellten Querdurchschnitt eines Teiles des Rotors 3 geht hervor, dass über die Flüssigkeitszufuhr 11 die Flüssigkeit in den Zentralraum 10 eintreten kann und weiter auf die Düsen 9 verteilt wird.

In der gezeichneten Ausführungsform sind die Düsen-Off nungen 17 in den Enden der Schaufeln ¹J angebracht, was deutlich in der in Fig. 3 in vergrößertem Massstab dargestellten Seitenansicht eines Teiles des Rotors 3 wiedergegeben wird.

Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung noch Variationen möglich sind. Bei einer grossen Anzahl von

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vornübergebogenen Schaufeln können diese Schaufeln z.B. abwechselnd mit einer Düse versehen werden. Auch können die Düsenöffnungen auf einem anderen Diameter des Rotors als die Schaufelenden liegen, vorausgesetzt, dass die Düsenöffnungen derart angebracht sind, dass sich die aus ihnen austretenden -lsTüssigkeitsbänder in einer in bezug auf die Rotorachse Radialfläche fortbewegen.

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Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Zentrifugalkompressor, der mit einem angetriebenen ' Rotor mit Schaufeln, die zu dem Umfang des Rotors hin in dessen Drehrichtung vornübergebogen sind, ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung von Flüssigkeitsbändern im Rotor (3) Düsen (9) angebracht sind, die einerseits an einen mit einer axialen Flüssigkeitszufuhr verbundenen gemeinschaftlichen Zentralraum (10i/geschlossen sind, und andererseits in nahezu rotationssymmetrisch angeordneten Düsenöffnungen (17) enden, deren Austrittrichtung fast senkrecht auf die Achsrichtung des Rotors steht, und deren Austrittwinkel in bezug auf die radiale Richtung fast gleich dem Winkel des im gleichen Durehmesser liegenden Teiles der vornübergebogenen Schaufeln (7^ ist, und der Rotor durch einen Verdichtungsraum für Flüssigkeitsbänder umschlossen wird, der in offener Verbindung mit einem Flüssigkeitsbehälter (2) steht,„an den die Flüssigkeitszufuhr (11) zu den Düsen angeschlossen ist und aus denen das verdichtete Gas durch einen Auslass (16) abgeführt werden kann.
2. 2. Zentrifugalkompressor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnungen (17) in den Schaufelenden angebracht sind.
3. 3. Zentrifugalkompressor nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (9) ganz in den Schaufeln (7) angebracht sind.

   2 0 9 B ^r.» '5/0846

   Lee r s e i t e