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Kreiselverdichter für hohen Druck. Es ist das Bestreben, die Zahl
der Laufräder bei Kreiselverdichtern möglichst gering zu halten, um eine einfache
und billige Maschine zu erzielen. Die bislang angewandten Mittel (Verbesserung der
Schaufelförden, Erhöhung der Umdrehungszahl usw.) konnten jedoch die Zahl nicht
unter 8 bis ro Laufräder bei etwa B Atm. Druck herunterbringen. Eine Verminderung
der Räderzahl auf etwa die Hälfte, also z. B. bei 8 Atm. Druck auf 5 bis 6 Räder
insgesamt, wird erreicht durch- die Anordnuriä eines mehrfach nacheinander von derselben
Luftmenge teilweise beaufschlagten und deshalb mehreren Einzelrädern gleichwertigen
Hochdruckrades im Anschluß an einen Niederdruckteil, der in bekannter Weise aus
mehreren Einzelrädern zusammengesetzt ist. Die Luft durchströmt hierbei zunächst
die Niederdruckstufen, wobei sie (beispielsweise auf 3 Atm.) vorverdichtet wird
und tritt dann durch einen Kanal, der eine teilweise Beaufschlagung bewirkt, in
das Hochdruckrad ein. Nach dessen Verlassen wird die Luft zur Mitte dieses Rades
zurückgeführt und durchströmt es von neuem, worauf der Vorgang noch mehrere Male
wiederholt werden kann, so daß in diesem einen Hochdruckrad eine Drucksteigerung
auf beispielsweise 8 Atm. erreicht wird. Die Gesamtanordnung der Leit- und Laufkanäle
ist dabei so gewählt, daß insgesamt das Rad voll beaufschlagt -ist, indem sich die
Einzelbeaufsrhlagungen zu einer vollen Beaufschla7gung ergänzen. Ein solches Hochdruckrad
ist als Förderorgan einer Kreiselpumpe schon -früher bekannt geworden; -neu ist
es jedoch bei Verdichtern und besonders in der geschilderten Vereinigung mit einem
Niederdruckteil gewöhnlicher Bauart, was eine Zahl .von baulichen und betrieblichen
Vorteilen mit sich bringt, die diese Anordnung besonders günstig erscheinen lassen.
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Damit die Urnführungs- und Leitkanäle für das Hochdruckrad bequem
untergebracht werden' können, ist das Rad fliegend auf der Verdichterwelle angeordnet,
und die Kanäle liegen sämtlich in einem deckelartigen Gehäuse, das in achsiäler
Richtung über bzw. an. das Rad geschoben werden kann. Hierdurch wird ermöglicht,
daB die zwischen dem Rad und den beiderseits angrenzenden Wandungen nötigen Dichtungen
mit parallel zur Achse gerichteten Kämmen angebracht werden können, die ein Überströmen
der Luft in unbeabsichtigter Weise verhindern sollen.
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Außer den vorerwähnten Vorteilen der einfachen und verkürzten Bauart
wird ferner noch erreicht, daß solche Verdichter für geringere Luftmengen gebaut
werden können. Die untere Grenze für die Fördermenge von Kreiselverdichtern ist
bisher dadurch gegeben, daß die Breite der Schaufelkanäle, also die Höhe der Schaufeln,
gemessen in achsialer Richtung, nicht unter einem gewissen Maß ausführbar ist. Hierbei
sind die Räder voll beaufschlagt. Wird nun gemäß der Erfindung das mehrmals teilweise
beaufschlagte Rad verwendet, so läßt sich ein solches noch für eine Verdichtergröße
bauen, die einen Bruchteil der sonst üblichen geringsten Fördermeng-e leistet, entsprechend
der bei gleicher Schaufelhöhe, aber teilweiser Deauf- -sehlagung
durch
das Rad strömenden verringerten Luftmenge. Bei sehr kleinen Fördermengen und entsprechendem
Druck könnte. man für den ganzen Verdichtungsvorgang sogar mit einem solchen Rad
auskommen.
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Der in bekannter Weise aus mehreren normalen Rädern bestehende Niederdruckteil
ist zwischen den zwei Lagern des Verdichters auf der Welle untergebracht. Durch
diese Anordnung (Niederdruckteil zwischen den Lagern, Hochdruckteil fliegend außerhalb
des einen Lagers) ergibt sich eine verhältnismäßig kurze Lagerentfernung und dadurch
kurze starre Welle, deren kritische Drehzahl hoch liegt, was sehr erwünscht ist.
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Die erwähnte eigenartige, mehrfache und teilweise (insgesamt etwa
volle) Beaufschlagung des Hochdruckrades macht es empfehlenswert, möglichst eine
gleichbleibende Luftmenge fördern zu lassen, da andernfalls die richtige Strömunder
Luft, wie weiter unten erläutert ist, in Frage gestellt wird. Infolgedessen ist
auch eine Regelung der Fördermenge durch Veränderung der Drehzahl oder Drosselung
der Luftwege nur in begrenztem Maße angängig. Um nun bei vermindertem Druckluftverbraüch
ein wirtschaftliches Arbeiten mit dem Verdichter zu erzielen, wird in vorteilhafter
Weise die nicht nötige Luft zum Antrieb eines Turbinenrades verwendet, das im Saugraum
des Verdichters eingebaut ist. Die überflüssige Druckluft leistet hier Arbeit entsprechend
der in ihr aufgespeicherten Energie und tritt in den Verdichterkreislauf zurück.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. Fig.
r zeigt einen Längsschnitt durch den gesamten Verdichter, Fig. 2 einen solchen nur
.durch den Hochdruckteil. Fig.3 ist ein Querschnitt in größerem Maßstab durch das
Rad der Hochdruckstufe, Fig. q. ein ebensolcher durch die Leitkanäle des deckelartigen
Hochdruckgehäuses.
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Es ist a das Gehäuse des Niederdruckteiles, dem bei s die Luft zugeführt
wird. Bei g verläßt die vorverdichtete Luft den Niederdruckteil, strömt durch den
Kühler h und. tritt bei i. in die Hochdruckstufe. In den Lagern c und d ist die
Welle b gelagert, die die vier Niederdruckräder f, f2, f3 und f4 trägt, die in bekannter
Weise hintereinander geschaltet sind unid deren Bauart und Arbeitsweise sich nicht
von den bisherigen Bauarten unterscheidet. Bei A ist die Antriebsmaschine angeschaltet.
In dem Saugraum t ist .das Turbinenrad e angeordnet, welches durch die Düsen r beaufschlagt
wird; die Zuführung der Druckluft hierfür erfolgt durch die Rohrleitung-p. Zur Regelung
sind Ventile q eingeschaltet. Das Hochdruckrad 1 ist auf dem über das Lager
o hinausragenden Wellenende fliegend angebracht. Das Gehäuse k mit den Leitkanälen
5, 6, 7 und 8 ist in achsialer Richtung über das Rad geschoben und an den Flanschen
i4 des Niederdruckgehäuses a befestigt.
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Zur Erläuterung der Einzelheiten dieser Stufe sowie des Betriebes
sei auf die Fig. 3 und q. verwiesen. Durch den Stutzen i tritt die verdichtete Luft
in den Raum 5, der in der Mitte des Rades abgeteilt ist. Von hier wird die Luft
durch das Rad abgesaugt und durch den Diffusor y, in den die Leitschaufeln z eingebaut
sind, in den Raum 5' gefördert, von wo sie nach Raum 6 in der Radmitte zurückgeführt
wird. Von hier gelangt die Luft erneut in das Rad und kommt nach 6", dann
nach 7, von dort nach 71, nach 8 und 81 und verläßt den Verdichter, um durch die
Leitung O zur Verbrauchsstelle @zu gelangen.
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Die Leitkanäle sind unter sich durch die Wände in abgeteilt. Der Luftweg
ist in Fig. .4, in welcher das Rad .hinter der Zeichenebene zu denken ist, durch
Pfeilstriche eingezeichnet. Die Breite der Räume 5; 6,: 7 und 8 und 5', 6'1, 7,1
und 8', gemessen am .jeweiligen inneren oder äußeren Radumfang, nimmt stufenweise,
entsprechend der fortschreitenden Luftverdichtung ab.
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Damit nicht in ungewollter Weise. eine Luftströmung aus einem Raum
mit höherem Druck in einen solchen mit geringerer Spannung eintritt, sind die Scheidewände
in, dort wo das Laufrad l durch sie hindurchtritt, zur besseren Abdichtung verbreitert
bzw. mit Lappen versehen. Diese Stellen sind in-Fig. 2 und 3 mit x und'
w bezeichnet. Die Breite dieser Dichtungsstellen ist so bemessen, daß bei
keiner Radstellung ein ungehindertes Rückströmen der Luft eintreten kann, sondern
stets mindestens eine Radschaufel an den Verbreiterungen x bzw. Lappen w
anliegt. Besonderes Augenmerk ist auch auf die richtige gegenseitige Lage der Wände
in bzw. der daran angebrachten Dichtungsstücke x und w zu richten.
Damit beispielsweise nicht aus dem Raum 5 nach 61. oder 81
gefördert werden
kann, sondern nur nach 51, ist, ausgehend vorn den äußersten Punkten des Raumes
5 - in der Fi.g. 3 mit v, und v2 bezeichnet - der absolute Luftweg im Gehäuse festzustellen,
und die äußersten Kanten, des Raumes 5' bzw. der ihn begrenzenden, Wandungen sind
so zu legen, daß sie auf den Grenzlinien des Luftstromes liegen. Diese Grenzlinien,
ausgehend z. B. für Raum 5 von v1 und v2, sind in Fig. 3 für alle Räume eingezeichnet
und ihnen entsprechend die Wandstücke w und x gelegt. Für Raum-51 sind beispielsweise
so die Punkte vg und v4 gefun-.
den. Die Abdichtung dieser Stellen
kann noch verbessert werden, «renn man auf den Lappen x und w gegen die Radumfänge
Laby= rinthe in Richtung parallel zur Wellenachse anordnet.
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Es ist nun klar; daß die vorerwähnten absoluten Luftwege sich verschieben,
wenn die Luftgeschwindigkeit im Rad, sei es durch Änderung der Drehzahl oder durch
Schwanken der Luftmenge, größer oder kleiner wird. In einem solchen Fall wird bei
größeren Abweichungen der Luftstrom im Rad nicht genau den berechneten Wegen folgen,
und die Wandstücke x würden nicht mehr genau an der richtigen Stelle liegen. Dieses
muß aber möglichst vermieden werden und das einfachste Mittel hierzu ist, die Drehzahl
und die Luftmenge, also die Förderbedingungen des Verdichters stets gleichmäßig
zu erhalten. Auf diese Weise ist man gegen unrichtige Strömungen im Rade sicher
geschlitzt. Die bei verringertem Druckluftbedarf nicht benötigte Luft wird (wie
schon oben erwähnt) dadurch nutzbar gemacht, daß sie in einem Turbinenrad auf der
Verdichterwelle Arbeit leistet. In Fig. z und :2 ist 7a der Stutzen, durch welchen
die nicht benötigte Druckluft der Turbine e zugeführt wird.