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Verfahren zum Verdichten von Dainpf in mehrstufigen Kreiselverdichtern,
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten von Dampf in mehrstufigen Kreiselverdichtern.
Der Erfindung gemäß wird hinter wenigstens einem der Laufräder in den Verdichter
Flüssigkeit gleicher Art, aus welcher der Dampf entstanden ist, höchstens in einer
solchen `'eise und Menge eingeleitet, daß der Dampf in einen Zustand übergeführt
wird, bei dem er höchstens drei von hundert Gewichtsteilen an Flüssigkeit enthält.
Das Verfahren kann so ausgebildet sein, daß die Abkühlung des beim Verdichten überhitzt
gewordenen Dampfes höchstens bis zum Sättigungszustand erwirkt wird. i Es ist zwar
bereits bekannt, beim Verdichten von Luft mittels Kolbenkompressoren Wasser in die
Luft einzuspritzen, um die Temperatur und damit den Kraftverbrauch nicht auf einen
zu hohen Grad ansteigen zu lassen. Hierbei hat man die Luft aus einer Verdichterstufe
in einen besonderen Raum abgeleitet, dort das '\Wasser eingespritzt und die abgekühlte
Luft wieder der nächsten Stufe des Kolbenv erdichters zugeführt. Würde man das Wasser
unmittelbar in den Kolbenverdichter hineinpumpen, so könnte die Menge zu groß ausfallen
und es würden sich Wasserschläge bilden, welche zum Zersprengen des Verdichters
führen könnten. Die Ab- und Rückleitung der Luft zu und von einem besonderen Einspritzraum
hat erhebliche Energieverluste zur Folge. Überdies wird es in i den meisten Fällen
unangenehm empfunden, daß die Luft durch das unmittelbare Einspritzen von Wasser
feucht wird. Bei gewissen Fällen ist dies überhaupt gar nicht zulässig, insbesondere
da, wo die Luft für Verbrennungszwecke gebraucht wird, da ein erheblicher Teil der
im Brennstoff vorrätigen Energie zum Verdampfen der in der Luft enthaltenen Wasserteile
und damit für den Hauptzweck der Verbrennungsanlage nutzlos verbraucht wird.
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Ganz anders liegen die Verhältnisse bei Anwendung vorliegenden Verfahrens.
Weil in den verdichteten Dampf Flüssigkeit gleicher Art eingeleitet wird, jaus welchem
der Dampf entstanden ist, so kann die eingeführte Flüssigkeit, die Kühlflüssigkeit,
nicht schädlich wirken, sondern sie trägt noch zur Vermehrung der nutzbaren Dampfmenge
bei. Die Mischung von Flüssigkeit mit dem Dampf erfolgt ohne jede Gefahr unmittelbar
im Kreiselverdichter, also ohne daß der Dampf auf umständlichen Wegen aus dem Verdichter
heraus und alsdann nieder hineingeführt wird. Es ist nur dafür zu sorgen, daß das
Verhältnis von eingeführter Flüssigkeit zum verdichteten Dampf so gewählt wird,
daß das Dampfgemisch höchstens drei von hundert Gewichtsteilen an Flüssigkeit enthält.
Weil erfahrungsgemäß beim Verdichten von Dampf in Kreiselverdichtern der Dampf hinter
jedem. Laufrad oder dem daran anschließenden Diffusor sich in überhitztem Zustand
befindet, kann gerade so viel Flüssigkeit eingeführt werden, daß der Dampf vom anfänglich
ziemlich hoch überhitzten Zustand sich so viel abkühlt, daß er beinahe gesättigt
ist. Würde man zuviel Flüssigkeit einführen, so würden dem vom nächsten Laufrad
erfaßten Dampf Flüssigkeitsteile in erheblicher Menge beigemischt sein, welche einmal
die Laufradschaufeln angreifen könnten und sodann beschleunigt werden müßten, was
einen großen Kraftaufwand bedingt. Man wird daher v orteilhafterweise dafür sorgen,
daß die zusätzliche
Flüssigkeit nicht nur in der höchst zulässigen
Menge, sondern auch in feiner Verteilung beigemischt wird. Dies kann beispielsweise
in Form feiner Strahlen geschehen. Die Mischung ' wird begünstigt, wenn man dafür
sorgt, daß die Flüssigkeitsstrahlen eine große Oberfläche besitzen und leicht aufzuteilen
sind. Hierfür eignet sich die Hohlstrahlform. Eine weitere Art des Beimischens wird
an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
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Bei gegebener Umfangsgeschu-indigkeit und Stufenzahl kann. beispielsweise
in einem sechsstufigen Kreiselverdichter durch das Einführen von Flüssigkeit eine
Druckerhöhung von etwa 6 Prozent erreicht werden. Wegen der verhältnismäßig niedrigen
Anfangstemperatur vor den einzelnen Laufrädern ist die theoretische und somit auch
die wirkliche Kompressionsarbeit, bezogen auf das gleiche Dampfgewicht, gemessen
am Druckstutzen, kleiner, als wenn keine Kühlflüssigkeit eingeführt wird. Während
beim Abkühlen verdichteter Luft durch Einspritzen von Wasser mit dem erwärmten Wasser
Energie in Form von Wärme nach außen nutzlos äbgeführt wird, wird bei Ausübung des
vorliegenden Verfahrens die dem Dampf von Kreiselverdichtern zugeführte Energie
völlig erhalten, und zwar zur Erzeugung weiteren gleichartigen Dampfes verwendet.
Es kann sich hierbei um eine Dampfvermehrung von 1,8 bis etwa 5 Prozent des angesaugten
Dampfgewichtes handeln. Weil die höchste vorkommende Temperatur erheblich tiefer
liegt als wenn keine Flüssigkeit eingespritzt würde, so ist auch die mittlere Temperatur
des Verdichtergehäuses, damit dessen Wärmeausstrahlung und der dadurch hervorgerufene
Energieverlust geringer.
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Alle dem vorliegenden Verfahren anhaftenden Vorteile kommen insbesondere
da zur Geltung, wo es sich um die Verdichtung von Brüdendampf zwecks Wiederverwertung
desselben als Heizmittel zum Eindampfen frischer Lauge handelt. Die Vorteile treten
um so mehr in Erscheinung, je höher das vorgeschriebene Kompressionsverhältnis ist.
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Als einzuführende Flüssigkeit empfiehlt sich möglichst reines, aus
dem Dampf an irgendeiner Stelle seines Weges entstandenes Kondensat. Je höher die
Temperatur des Kondensates, um so größer ist die Menge des hierdurch gewonnenen
und aus dem Verdichter nutzbar austretenden Dampfes.
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Die Zeichnung zeigt in Fig. i ein Mengendruckdiagramm für verschiedenartige
Verdichtungen von Wasserdampf, in den Fig. 2, 3 und 4 beispielsweise Ausführungsformen
von zur Ausübung des Verfahrens dienenden Einrichtungen.
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In Fig. z sind als Abszissen Verdampfungsmengen von 6oo bis i2oo kg/Std.,
als Ordinaten ist das zugehörige Dampfdruckverhältnis vom Enddruck p. zum Anfangsdruck
P1 aufgetragen. Die Kurven I, 1I und III stellen die gegenseitige Abhängigkeit von
Druckverhältnis und Dampfgewicht für einen gegebenen Kreiselverdichter bei gleichbleibender
Drehzahl dar. Die Kurven I und II zeigen die Abhängigkeit des im Verdichter erreichten
Druckverhältnisses von der '.Menge des angesaugten Dampfgewichtes, und zwar gilt
Kurve I für die Verdichtung ohne, die Kurve II für die Verdichtung mit Benutzung
von Kühlwasser. Das Diagramm zeigt, daß bei ein und derselben angesaugten Dampfmenge,
z. B. iooo kg!Std., das Verhältnis
vorn I?nd- zum Anfangsdruck des Dampfes 1,6 beträgt, wenn kein Wasser eingeführt
wird, dagegen 1,76, wenn Wasser zugeführt wird. Der Abstand der Kurve II von der
Kurve I zeigt den Gewinn im Druckverhältnis durch die Einführung von Kühlflüssigkeit.
Die gestrichelte Kurve III Iäßt den Gewinn an Dampfmenge durch die Einführung des
Kühlwassers erkennen. Stellt die Strecke A-B den Gewinn an Druckverhältnis dar bei
gleichbleibender angesaugter Dampfmenge = iooo kg/Std., so zeigt der Horitontalabstand
B-C = 5o kg/Std. die Vermehrung des Dampfgewichtes im Kreiselverdichter unter
Aufrechterhaltung des Druckverhältnisses, letzteres dargestellt durch die bis B
reichende Ordinate. Der Punkt C zeigt das im gleichen Kreiselverdichter bei gleicher
Drehzahl erreichte höhere Druckverhältnis und das den Verdichter verlassende größere
Dampfgewicht gegenüber dem Betrieb ohne Zuführung von Kühlflüssigkeit (Punkt A).
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Fig. 2 zeigt im vertikalen Längsschnitt einen vierstufigen Kreiselverdichter,
durch dessen Stutzen i zu verdichtender Wasserdampf ein tritt, der Reihe nach von
den Laufrädern 2, 3, 4, 5 verdichtet wird und den Verdichter.: durch den Stutzen
6 verläßt. Durch die Rohre ,7 und 8 kann hinter dem ersten Laufrad (2) und dem dritten
Rad (4) Druckwasser mittels Düsen in feiner Verteilung eingespritzt werden. Fig.
3 zeigt eine besondere Ausführungsform einer Einspritzdüse. In dem Gehäuse
31 ist ein Dorn 32 eingesetzt, welcher einmal mittels seines Kegels 33 als
Absperr- und Regelorgan dienen kann; sodann bewirkt sein Dornfortsatz 34, daß das
durch den Stutzen 35 zugeführte Wasser in Form eines hohlen Strahles aus der Düse
austritt. Dadurch bietet das Wasser dem Dampf eine große Angriffsfläche, so daß
es in kürzester Zeit fein zerstäubt und wenigstens größtenteils verdampft wird.
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Die untere Hälfte der Fig. 2 zeigt gegenüber den Rohren 7 und 8 eine
andere .Art für die Zuführung von Kühlwasser in den Dampfweg, wobei diese Rohre
entbehrlich werden. Eine kleine Hilfspumpe ii drückt Wasser durch das Rohr i2 in
den Sammelraum 13, in Welchen der das letzte Laufrad 5 verlassende, hochverdichtete
Dampf
austritt. Das Wasser sammelt sich vorerst am Grunde des Sammelbehälters 13 al.i.
Ein Teil dieses Wassers wird von dem hochverdichteten Dampf verdampft und trägt
zur "Temperaturerniedrigung jenes Dampfes bei. Weil aber bei weitem nicht aller
Dampf mit dem verhältnismäßig kleinen Wasserspiegel in Berührung kommt, und weil
es eine gewisse Zeit braucht, um eine gewisse Menge Wassers zu verdampfen, so kann
sich unter ständiger Zuführung frischen Wassers durch die Leitung 12 bei 14 sehr
wohl ein kleiner Wasservorrat halten, trotzdem der im Sammelraum 13 befindliche
Dampf entweder noch leicht überhitzt oder gerade gesättigt oder eine Flüssigkeitsmenge
von höchstens 3 Prozent besitzt. Unten im Gehäuse sind unter Zuhilfenahme einer
Deckplatte 15 Umführungskanäle 16, 17, 18 angeordnet, durch welche vermöge des im
Sammelraum 13 gegenüber dem Sammelraum ig herrschenden Überdruckes Wasser vom Vorrat
14 nach dem Raum ig hinüberfließt und sich daselbst als Vorrat 2o ansammelt. In
ähnlicher `'eise fließt Wasser vom Raum ig nach dem Sammelraum 21 und von diesem
durch den beispielsweise horizontal ausgeführten Verbindungskanal z2 nach dem Sammelraum
23, um alsdann durch den Verbindungskanal 24 nach dem Saugraum 25 zu gelangen. Aus
letzterem wird Wasser durch das Rohr 26 von der Pumpe ii aufs neue angesaugt und
beginnt so den Kreislauf von neuem. Ist die von der Pumpe ii geförderte Wassermenge
so groß, so kann ein Teil derselben durch das Rohr 27 ziun Saugrohr 26 zurückgeführt
werden. Die im Verdichter verdampfte Menge des Kühlwassers wird ersetzt durch frisches
Wasser, welches durch das Rohr 28 zufließt. Damit das beispielsweise aus dein Kanal
18 in den Dampfsammelraum ig geführte Wasser nicht zu hoch spritzt und sich in Form
von Wassertropfen dem Dampf beimischt, wonach das Rad 5 nicht nur Dampf, sondern
Wasser fördern müßte, ist über dem Kanal 18 in Form eines Winkeleisens eine Prallplatte
29 am Gehäuse angeschraubt. Eine allzu große Verdampfung und ein Aufschäumen des
Wassers kann auch dadurch vermieden werden, daß über dem Wasservorrat ein Sieb angeordnet
ist. Eine solche beispielsweise Ausführungsform ist im Dampfsammelraum 23 der Fig.
2 im vertikalen Längsschnitt, und in Fig. 4. in dem bei D-E der Fig. 2 durchgelegten
vertikalen Querschnitt dargestellt. Das Sieb 30 ist im Verdichtergehäuse
in einer solchen Höhe angeschraubt, daß es sich nur wenig über dem zu erwartenden
Wasserspiegel befindet. Durch die :Maschen des Siebes hindurch kann ein genügender
Austausch an Wärme vom im Laufrad 2 bereits verdichteten Dampf zum Wasservorrat
stattfinden, der aus diesem Wasser gebildete Dampf steigt durch die Siebmaschen
in den großen Raum des Umführungskanales 23, mischt sich daselbst mit dem verdichteten
Dampf und bewirkt, daß dessen Temperatur nicht allzu hoch ansteigt. Hierbei wird
verhütet, daß der im Raum 23 im binne des Pfeiles IV kreisende Dampf Wasser mitreißt
und daß dasselbe im Sinne des strichpunktiert eingezeichneten Pfeiles V aufgepeitscht
wird und sich zu sehr in Tropfenform mit dem Dampf mischt.