DE2235125A1

DE2235125A1 - Mehrstufiger turboverdichter mit zwischenkuehlung des zu verdichtenden mittels

Info

Publication number: DE2235125A1
Application number: DE2235125A
Authority: DE
Inventors: Rene Dipl Ing Strub
Original assignee: Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG
Current assignee: Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG
Priority date: 1972-07-13
Filing date: 1972-07-18
Publication date: 1974-02-07
Also published as: CH553923A; JPS5217881B2; GB1383453A; IT991158B; JPS4958406A; DE2235125B2; FR2193427A5; NL7210851A; DE2235125C3; US3892499A

Description

BST 044 Brown Boveri - Sulzer Turbomaschinen A.G., Zürich, Schweiz

Mehrstufiger Turboverdichter mit Zwischenkühlung. des zu verdichtenden Mittels.

Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrstufigen Turboverdichter mit Zwischenkühlung des zu verdichtenden Mittels-in einem ausserhalb des Maschinengehäuses befindlichen Zwischenkühler.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einführung von mit Kondensattropfen beladenem Gas in die ' Schaufelung des Verdichters zu'verhüten. In Zwischenkühlern kann das Mittel entweder vorübergehend oder auch auf längere Zeit nur an einzelnen Stellen so weit gekühlt werden, dass allfällig in ihm enthaltener Wasserdampf zu kondensieren beginnt. Die dabei entstehenden Kondensattropfen gelangen ohne wieder verdampft zu werden in Schaufelkanäle des Turboverdichters und können hier durch Erosionsangriffe Schäden und Ablagerungen von Verunreinigungen, welche im Gasstrom enthalten sind, verursachen. Besonders gefährdet sind Axialschaufeiungen, weil in diesen höhere Relativgeschwindigkeiten des zu verdichtenden Mittels mit Bezug auf die das Mittel treibenden Wandflächen der Schaufeln entstehen als bei Schaufeln von Radialverdichtern.

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Die Erfindung besteht darin, dass das zu kühlende Mittel in einem Mantelkanal vom Verdichtergehäuse zum Zwischenkühler geführt'und das gekühlte Mittel in einem vom Mantelkanal umschlossenen Zentralkanal wieder zum Verdichtorgehäuse zurückgeführt wird.

Leitungsführungen mit einem Mantelkanal und darin verlegtem Zentralkanal sind' allerdings bei Gasturbinenanlagen schon bekannt. Verwendet wurden solche Leitungen zur Führung hoch erhitzter Gase, um die Temperatur der vom Gas bestrichenen Oberflächen niedriger zu halten. Das heisse Gas wurde im Kernkanal und das kühlere Gas im Mantelkanal geführt. Es war so möglich, die Wand eines durch hohen Innendruck belasteten Leitungsstranges thermisch zu entlasten, um Festigkeit sprοbleme und Dichtungsschwierigkeiten zu verhüten.

Die geschilderten Aufgaben, die mittels der bekannten Verwendung von Mantel- und Kernkanälen gelöst werden, liegen bei der Erfindung nicht vor. Nach der Erfindung werden auch umgekehrt die hochtemperierten, zu kühlenden Gase im Mantelkanal und das gekühlte Gas im Kernkanal geführt. Kondensattropfen werden so im gekühlten Gas infolge der Wirbelung in der Strömung und immer vorhandener Richtungsänderungen des Kanals an die Wand des Kernkanäls geschleudert, welche von dem im Mantelkanal strömenden heissen Gas eine hohe Temperatur aufweist. Die dabei an der Wandung zerschlagenen Tropfen können infolge der dabei entstehenden Oberflächenvergrösserung verdampft v/erden, ehe sie die Schaufelung des Verdichters erreichen könnten.

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BAD ORiGlNAL

Der Verdichter kann bis zur Zwischenentnahme des Verdichtungsmittels axiale und nach Wiedereintritt des gekühlten Mittels radiale Stufen aufweisen. Besondere Bedeutung .erreicht die Erfindung für Verdichter, bei denen auch nach Wiedereintritt des gekühlten Mittels axiale Stufen angeordnet sind. Wesentlich unterstützt wird die Wirkung des Mantelkanals und des Zentralkanals, wenn sie mindestens eine Krümmung aufweisen. Die Heranführung der Wassertropfen an die Viand und damit die Wiederverdampfung wird durch die hierbei verbesserte Oberflächenvergrößerung beschleunigt. Zweckmässig werden der Mantelkanal und der Zentralkanal an die untere Gehäusehälfte angeschlossen. Es können auch zwei symmetrisch zur senkrechten Axialebene des Turboläufers angeordnete Mantelkanäle je an ein Gehäuse angeschlossen sein. Schliesslich kann eine abschliessbare Verbindungsstelle zvrischen dem Mantel- und dem Zentralkanal angeordnet sein, durch welche dem gekühlten Verdichtungsmittel eine einstellbare Teilmenge noch nicht gekühlten Verdichtungsmittels zugeführt werden kann, um die Verdampfung der Kondensattropfen weiter noch zu verbessern.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. ■ ■ . *

Fig. 1 und 2 zeigen ein erstes als Axial-Radialverdichter ausgebildetes Ausführungsbeispiel im Längs- bzw. Querschnitt.

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Fig. 3 lässt ein zweites, als reiner Axialverdichter ausgeführtes Beispiel und schliesslich

Fig. 4 einen Querschnitt eines Verdichters mit zwei zu beiden Seiten angeordneten,"getrennten Zwischenkühlern erkennen.

Der Axial-Radialverdichter nach Fig.. 1 und 2 besitzt einen im Gehäuse 1 gelagerten Rotor 2. Die axialen Laufkränze 3 bis 10 verdichten Luft oder ein Gas auf einen Druck, bei dem die" Temperatur so weit angestiegen ist, dass eine Zwischenkühlung notwendig ist. Nach der Kühlung verdichten die Radialstufen 11 und 12 das Gas weiter auf den Enddruck. Zwischen den Axialstufen 3 bis 10 und den Radialstufen 11 und 12 wird zur Zwischenkühlung das Gas durch einen Mantelkanal 13 aus dem Gehäuse 1 in einen Zwischenkühler 14 geleitet und nach Kühlung in einem im Mantelkanal 13 angeordneten Kernkanal 15 wieder zum Gehäuse 1 zurückgeführt. .. . · ■

Je nach Art des zu verdichtenden Gases, seinem Zustand vor dem Verdichter und dem erwünschten Zustand am Austritt, aus dem Verdichter kann im Zwischenkühler das Gas so stark abgekühlt werden, dass schon vor der Verdichtung im Gas schon enthaltenes Wasser (oder andere kondensierbare Beimengungen) kondensieren und als Tropfen ausfallen. Diese Tropfen v/erden von dem in den Verdichter zurückströmenden Gas mitgetragen und würden ohne Zuführung von V/ärme

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erst bei der Verdichtung in der Radialstufe 11 .wieder¹ verdampfen und die nicht verdampften Verunreinigungen auf den Schaufeloberflachen ablagern. Nicht verdampfte Reste • könnten sogar in die Stufe 12 weitergelangen. Hierdurch entstünden zudem infolge der hohen Geschwindigkeiten beim Aufschlag der Tropfen auf die Teile des Rotors oder auf andere Verdichterteile Erosion und ein-vorzeitiger Verschleiss dieser Teile.

Durch die Führung des Zentralkanals 15 innerhalb des Mantelkanals 13 wird der Wand des Zentralkanals 15 von dem bei der Verdichtung in den Stufen 3 bis 10 erhitzten Gas Wärme zugeführt, welche durch die Wand in das im Zentralkanal strömende Gas eindringen kann. Dadurch wird den vom gekühlten Gas mitgezogenen Flüssigkeitstropfen so viel Wärme zugeführt, dass sie wieder verdampfen und als Dampf den·Radialrädern 11 und 12 keinen Schaden mehr zufügen können. Die festen Bestandteile werden nun trocken und ohne Ablagerung auf den Schaufeln durch die Maschine gefördert. Die Verdampfung der Flüssigkeitstropfen im Kernkanal 15 kann zum einen Teil im freischwebenden Zustand infolge der Wärmestrahlung der Wand, zum andern Teil auch infolge Berührung an der Kanalwand erfolgen. Durch die Wirbelung des Gases und die Führung in gekrümmten Kanalstücken prallt ein Teil der Tropfen auf die erhitzte Kanalwand und werden dabei zerschlagen. Sie erhalten eine vergrösserte Oberfläche und unterliegen dabei einer schnelleren Verdampfung. Bei Gefahr beson-

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BAD ORIGINAL

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ders starker Tropfenführung könnten sogar Führungselemente in den Zentralkanal eingebaut werden, welche die Tropfen aus der Gasströmung ausscheiden und -gegen die Wand leiten. Solche Führungselemente könnten auch selber bei der Verdampfung mithelfen, wenn sie von den Kanälwänden durch Anstrahlung auf genügende Temperatur erwärmt werden.

Fig. 3 zeigt ein ähnliches Beispiel wie die Fig. und 2 mit dem Unterschied, dass die auf den Zwischenkühler folgenden Stufen 16 bis 21 ebenfalls wie die Stufen 3 bis als Axialkränze ausgebildet sind. Axialkränze sind durch Tropfen in dem zu verdichtenden Mittel und durch Ablagerungen stärker gefährdet als radiale Stufen, weil die Strömungsgeschwindigkeit an den Wänden der Schaufeln grosser ist und bei ihrer Führung auch stärkere Umlenkungen als bei Radialverdichtern erfolgen. Am stärksten wären natürlich die Schaufeln des zuerst vom zwischengekühlten Gas erreichten Einführungsleitkranzes 22 gefährdet, dessen Schaufeln die Gaszuströmung aus dem Zentralkanal 15 nicht so gleichmässig geordnet zugeführt erhalten, wie die Schaufeln der nachfolgenden Laufkränze 16 bis 21 und Leitkränze 23 bis 28.

Schliesslich zeigt die Fig. 4 den Querschnitt

eines Verdichters, an den zu beiden Seiten des Gehäuses 1 je ein Zwischenkühler 14 angeschlossen ist. Der Anschluss erfolgt an den unteren Gehäuseteil 29 durch Flanschen 30. Hierdurch wird der Zugang zum Rotor für Unterhalts- und Ueberholungsarbeiten erleichtert.

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BAD ORIGiNAL

Ausserdem sind noch Vorrichtungen 31 bis 33 zwischen dom Mantelkanal 13 und dem Zentralkanal 15 angeordnet, mit deren Hilfe eine einstellbare kleinere Teilmenge noch nicht gekühlten Verdichtungsmittels aus dem Mantelkanal in den Zentralkanal eingeführt werden kann. Diese Teilmenge führt dem kühlen, noch Tropfen enthaltenen Gas im Zentralkanal 15 so viel Wärme zu, dass nicht an die Wände gelangende, nicht genügend von der Wand bestrahlte Tropfen verdampft werden. Eine unzulässige Wiedererwärmung des gekühlten Gases ist kaum zu befürchten, da die durch das heisse Gas zugeführte Wärme· weitgehend zum Verdampfen der Tropfen benutzt wird.

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Claims

Patentansprüche

ϋ Mehrstufiger Turboverdichter mit Zwischenkühlung des zu verdichtenden Mittels in einem ausserhalb des Maschinengehäuses befindlichen Zwischenkühler, dadurch gekennzeichnet, dass das zu kühlende Mittel in einem Mantelkanal vom Verdichtergehäuse zum Zwischenkühler geführt und das gekühlte Mittel in einem vom Mantelkanal umschlossenen Zentralkanal wieder zum Verdichtergehäuse' zurückgeführt \iird.
2. Turboverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter bis zur Zwischenentnahme des Verdichtungsmittels axiale und nach Wiedereintritt des gekühlten Mittels radiale Stufen aufweist.
3. Turboverdichter nach Anspruch 1,·dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter sowohl vor Zwischenentnahme des Verdichtungsmittels zur Kühlung als auch nach Wiedereintritt des gekühlten Mittels axiale Stufen aufweist. . ' *
4. Turboverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkanal und der Zentralkanal mindestens eine Krümmung aufweisen.

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5. Turboverdichter mit in waagrechter Ebene axial getrenntem Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel- und der Zentralkanal an die untere Gehäusehälfte angeschlossen sind.
6. Turboverdichter nach Anspruch 5 ^ dadurch gekennzeichnet, dass an die untere Gehäusehälfte zwei symmetrisch zur senkrechten Axialebene des Turboläufers, angeordnete Mantelkanäle angeschlossen sind.
7. Turboverdichter nach Anspruch 1, g e k e η η zeichnet durch mindestens eine abschliessbare Verbindungsstelle zwischen dem Mantel- und dem Zentralkanal, durch welche dem gekühlten Verdichtungsmittel eine einstellbare Teilmenge noch nicht gekühlten Verdichtungsmittels zugeführt werden kann.

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