DE2235125C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Turboverdichter mit Zwischenkühlung des zu verdichtenden Mittels in einem Zwischenkühler und nachfolgender teilweiser Wiedererwärmung zur Verdampfung von Kondensat.

Wird bei Maschinen der genannten Art das zu verdichtende Mittel in Zwischenkühlern gekühlt, so besteht die Gefahr, daß es so weit gekühlt wird, 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 Axialschaufelungen, 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.

Aus der DE-OS 1 956 374 ist es daher bekannt, bei mehrstufigen Turboverdichtern das zwischen zwei Stufen gekühlte Verdichtungsmittel vor der Wiedereinführung in den Verdichter in einem Wärmeaustauscher zu erwärmen, der durch das Kühlwasser des Zwischenkühlers beaufschlagt wird. Zusätzlich wird dabei der im Kühler gekühlten Arbeitsluft nach dem Kühlen noch ungektihlte Luft zugeführt. Die erwähnte Literaturstelle enthält jedoch keinerlei Hinweise und Mittel, wie die dort vorgeschlagene Maßnahme konstruktiv verwirklicht und in die Praxis umgesetzt werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, wirkungsvolle und konstruktiv einfache Mittel aufzuzeigen, wie das verdichtete Mittel mit geringsten Strömwngsverlusten zum Zwischenkühler und anschließend, in genügendem Maße wieder erwärmt, zum Verdichter zurückgeführt werden kann.

s Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zwischenkühler außerhalb des Verdichters aufgestellt und die Verbindung zwischen Verdichter und Kühler als Mantelkanal ausgebildet ist, in dessen den Zentralkanal umgebenden Außenkanal

ίο das zu kühlende Mittel vom Verdichter zum Kühler und im Zentralkanal wieder zurück zum Verdichter geführt wird, und daß der Mantelkanal zwischen Verdichter und Zwischenkühler mindestens einen Krümmer aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau wird die den Mantelkanal vom Zentralkanal abgrenzende Rohrwand durch das noch nicht gekühlte Gas auf erhöhter Temperatur gehalten. Dadurch wird die Kondensattropfen führende Strömung des gekühlten Gases allseitig von einer Wand mit höherer Tempe ratur umgeben. Darüber hinaus wird die Verdamp fung der Tropfen, die beim Aufprall auf die Wand, insbesondere in der Krümmung, zerschlagen werden, durch die dabei entstehende Oberflächenvergrößerung verbessert

as Leitungsführungen mit einem Mantelkabel und darin verlegtem Zentralkanal sind allerdings bei Gasturbinenanlagen schon bekannt (schweizerische Patentschriften 214 837 und 221 377). Verwendet wurden solche Leitungen zur Führung hoch erhitzter Gase, um dabei die Temperatur der durch den Druck des Gases beanspruchten Rohrwand niedriger zu halten. Das heißere Gas wurde im Zentralkanal und das kühlere Gas im Mantelkanal geführt So war es möglich, die Wand des durch hohen Innendruck be lasteten Leitungsstranges thermisch zu entlasten und Festigkeitsprobleme und Dichtungsschwierigkeiten zu umgehen.

Die Aufgaben, die mittels der bekannten Verwendung von Mantel- und Zentraikanälcc gelöst werden, Hegen bei der Erfindung nicht vor. Nach der Erfindung wird umgekehrt das hochtemperierte Gas im Mantelkanal und das kühle Gas im Zentralkanal geführt. 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.

5« Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

V i g. 1 und 2 zeigen ein erstes als Axial-Radialverdichter ausgebildetes Ausführungsbeispiel im Längsbzw. Querschnitt;

F i g. 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 F i g. 1 und 2 besitzt einen im Gehäuse 1 gelagerten Rotor!. 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 notes wendig 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! in einen Zwischenköhler 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 Beimcngungen) kondensieren und als Tropfen ausfallen. Diese Tropfen werden von dem in den Verdichter zurückströmenden Gas mitgetragen und würden ohne Zuführung von Wärme erst bei der Verdichtung in der Radialstufe 11 wieder verdampfen und die nicht verdampften Verunreinigungen auf den Schaufeloberflächen 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 Verdichterieile Erosion und ein vorzeitiger Verschleiß diesem 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 frei schwebenden 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 besonders 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 selbst bei der Verdampfung mithelfen, wenn sie von den Kanalwänden durch Anstrahlung auf genügende Temperatur erwärmt werden.

Fig,3 zeigt ein ähnliches Beispiel wie die Fig. I und 2 mit dem Unterschied, daß die auf den Zwischenkühler folgenden Stufen 16 bis 21 ebenfalls wie die Stufen 3 bis 10 als Axialkränze ausgebildet: sind. Axialkriinzc sind durch Tropfen in dem zu verdichtenden Mittel und durch Ablagerungen stärker gefährdet als radiale Stufen, weil die Strömungsgeschwindigkeit an den Wänden der Schaufeln größer ist und bei ihier Führung auch stärkere Umlcnkungen als bei Radialverdichtern erfolgen. Am stärksten wären natürlich die Schaufeln des zuerst vom zwischengeküblten Gas erreichten Einführungsleitkranzes 22 gefährdet, dessen Schaufel 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 Überholungsarbeiten erleichtert.

Außerdem sind noch Vorrichtungen 31 bis 33 zwischen dem 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 Wiedererwärrnung des gekühlten Gases ist nicht zu befürchten, da die durch das heiße Gas zugeführte Wanne weitgehend zum Verdampfen der Tropfen benutzt wird.

Hierzu 4 BIaH Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Mehrstufiger Turboverdichter mit Zwischenkühlung des zu verdichtenden Mittels in einem Zwischenkühler und nachfolgender teilweiser Wiedererwärmung zur Verdampfung von Kondensat, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkühler (14) außerhalb des Verdichters (1) aufgestellt und die Verbindung zwischen Verdichter (1) und Kühler (14) als Mantelkanal (13, 15) ausgebildet ist, in dessen den Zentralkanal (15) umgebenden Außenkanal (13) das zu kühlende Mittel vom Verdichter (1) zum Kühler (14) und im Zentralkanal (15) wieder zurück zum Verdichter (1) geführt wird, und daß der Mantelkanal (13, 15) zwischen Verdichter (1) und Zwischenkühler (14) mindestens einen Krümmer aufweist.

2. Turixweidichter mit in waagerechter Ebene axial getrenntem Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelkanal (13) und der Zentralkanal (15) an die untere Gehäusehälfte angeschlossen sind.

3. Turboverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die untere Gehäusehälfte zwei symmetrisch zur senkrechten Axialebene des Turboläufers angeordnete Mantelkanäle angeschlossen sind.