DE3430307A1

DE3430307A1 - Diffusorbauweise fuer einen kreiselkompressor

Info

Publication number: DE3430307A1
Application number: DE19843430307
Authority: DE
Inventors: Helmuth O. Olean N.Y. Jacobi
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1983-09-22
Filing date: 1984-08-15
Publication date: 1985-04-04
Also published as: FR2552501A1; FR2552501B1; JPS6067797A; IT1179392B; IT8448532A0; CA1252075A; JPH0520597B2

Description

Diffusorbauweise für einen Kreiselkompressor

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Turbomaschinen und die Bauweise ihrer Komponenten.

Mehrstufige Kreiselkompressoren werden für eine Vielzahl von Verwendungszwecken gebraucht, die hohen Druck und hohen Volumendurchsatz eines bestimmten Gases erfordern. Im großen Ausmaß sind derartige Kompressoren klassiert und gefertigtem dadurch den Wünschen der Abnehmer entgegenzukommen, wobei die zulässige Abweichung und Konfigurationen won den verschiedenen Komponenten abhängig waren, um dadurch den für die Vorrichtung gewünschten Konstruktionsbetrieb zu ermöglichen.

Trotz der Genauigkeit bei der Herstellung, wurde ein Problem im Zusammenhang mit der relativ geringen Diffusordurchlaßbreite derartiger Kompressoren z.B. in der letzten Stufe des Durchgangskompressors von Barrel-Typ oder eines Rücken - an - Rücken - Kompressors, erkannt. Im Besonderen wurde festgestellt, daß bei derartigen Kompressoren zumindest eine Wand der letzten Diffusorstufe dazu neigt, Verbiegungen zu erleiden und zwar auf Grund von Beanspruchungen, die bei hohen Betriebsdrücken auftreten und die eine Vergrößerung der Durchlaßbreite über die Bauabmessungen hinaus zur Folge haben. Die resultierende Erweiterung der Diffusordurchlaßbreite kann normalerweise in einer Größenordnung von ungefähr 0,079 cm liegen und zwar bei Differentialdrücken von 207 KPa in einem Kompressor mit einem Gehäuse von 150 cm oder in einer Größenordnung von ungefähr 0,102 cm bei Differential-

drücken von 2070 KPa und einem Gehäusedurchmesser von 60 cm.

Derartige Veränderungen in der Durchlaßbreite des Diffusors sind natürlich unerwünscht, da dadurch die bauliche Arbeitsweise des Kompressors in der angegriffenen Stufe dazu neigt, sich zu verändern.

Keine dem Problem einhaltgebietenden Erkenntnisse, noch eine Lösung desselben sind zum jetzigen Zeitpunkt bekannt geworden.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Kreiselkompressors, dessen Bauweise es ermöglicht, eine im wesentlichen konstante Diffusordurchlaßbreite beizubehalten und zwar unter Betriebsbedingungen bei welchen eine unkontrollierte Erweiterung der Durchlaßbreite bevorzugter Weise auftrat..

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die Ausgestaltung einer Wand des veränderten Diffusors mit einer ringförmigen Diffusorplatte, die dort an einer Stelle fest angebracht ist, und zwar im Abstand von der Zwischenwandfläche, in der gewünschten Durchlaßbreite. Um die unerwünschten Umbiegungseffekte der hohen Druckdifferentiale, bewirkt durch den Gasstrom, zu verhindern, enthält die Rückseite der Diffusorplatte eine sich radial erstreckende Auskerbung, die dabei mit der Stützwand zusammenwirkt, um einen ringförmigen Hohlraum zu begrenzen. Ein Druckausgleich zwischen Vorder- und Hinterseite der Diffusorplatte wird durch eine Vielzahl von über den

Umfang verteilter mit Abstand angeordneter axialer Bohrungen, die sich zwischen Vorder- und Hinterseite erstrecken, bewirkt. Da der Druckausgleich in wirkungsvoller Weise die Druckwerte an beiden Seiten der Diffusorplatte ausgleicht, wird das Problem der Umbiegung, das bevorzugter wleise durch die angelegten Differentialdruckkräfte verursacht wird, falls nicht vollständig, so doch im wesentlichen beseitigt.

Deshalb betrifft die Erfindung eine verbesserte Bauweise eines Kreiselkompressors, die es ermöglicht, eine im wesentlichen konstante Diffusordurchlaßbreite beizubehalten und zwar unter Betriebsbedingungen, bei denen zuvor eine unerwünschte Erweiterung der Durchlaßbreite des Diffusors bevorzugterweise auftrat.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung liegt in der relativ einfachen zusätzlichen Ausgestaltung eines herkömmlichen Kreiselkompressors, die eine wirtschaftliche Lösung eines lang bestehenden Problems ergibt. Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert:

Figur 1 ist ein Längsschnitt durch einen Durchgangskreiselkompressor gemäß der Erfindung

Figur 2 ist ein Längsschnitt, durch einen Rücken an - Rücken Kreiselkompressor gemäß der Er findung

Figur 3 ist eine vergrößerte Teilansicht der umkreisten Teile 3 der Figur 1 und 2 und

Figur 4 ist eine Teilansicht, im wesentlichen entlang der Linien 4-4 der Figur 3

Bezogen auf die Zeichnungen, so ist in Figur 1 ein mehrstufiger Kreiselkompressor vom Durchgangstyp dargestellt, bestehend aus einem Gehäuse 10, welches eine Strombahn bestimmt, die sich vom Einlaß 12 in Verbindung mit einer Vielzahl von Stufen 14 ausdehnt, die zu einem Auslaß 16 führen. Die Stufen 14 bestehen aus einer Vielzahl von in axialer Richtung mit Abstand angeordneter Laufschaufeln 18, die an einer Welle angeordnet sind. Die einzelnen Stufen sind der Reihe nach in Strömungsrichtung in Verbindung miteinander angeordnet, und jede Laufschaufel gibt an ihrer Peripherie ein Gas von hoher Geschwindigkeit ab.

Die an das Gas abgegebene Energie erzeugt einen Druckanstieg, während die Strömungsgeschwindigkeit im Diffusorabschnitt 22 in Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Laufschaufel abnimmt. Vom Diffusor leitet eine feststehende Umlenkschaufel 24 die Strömung gezielt zum Eintritt in die nachfolgende Laufschaufel 18 der nächsten Stufe.

Zwischen jeder Laufschaufelstufe befindet sich eine feststehende Zwischenwand, die hier mit 26, 28, 30 und 32 bezeichnet ist und die als Halterung für die feststehenden Bauelemente dient, die zwischen den Laufschaufeln benötigt werden, zum Beispiel die Di ff usor flächen , die Umlenkschaufeln ,.- der Umkehrbogen, die Leitfläche usw.

Im Zusammenhang mit jeder Zwischenwand ist in der Strömungsbahn, die zur nachfolgenden Umlenkschaufel führt, ein Strömungszwischenraum von bestimmter Größe vorgesehen, der zwischen der Fläche der Zwischenwand und dem gewählten Abschnitt 34 derselben begrenzt wird.

Wie ersichtlich ist, nehmen die Durchlaßbreiten des Diffusors gleich in S.tromungsrichtung hinter der Laufschaufel in gleicher Entfernung von der Außenfläche progressive ab, und zwar von der ersten relativ geringen Druckstufe an der Zwischenwand 26 bis zur letzten, relativ hohen Druckstufe an der Zwischenwand 3 2. Zum Zwecke der Erklärung soll angenommen werden, daß die beabsichtigte Durchlaßbreite an der Zwischenwand die Abmessung - X- besitzt und um die Abmessungen im wesentlichen konstant zu halten, eine Konstruktion entsprechend 35 gemäß der Erfindung, die nachfolgend noch beschrieben wird, verwendet wird.

Die Figur 2 stellt einen mit dem in Figur 1 gezeigten, vergleichbaren Rücken - an - Rücken - Kompressor dar, der aus einem Gehäuse 36 mit einem Einlaß 38 für das erste Element und einem Auslaß 40 für das erste Element, einem Einlaß 42 und einem Auslaß 44 für das zweite Element besteht, wobei die Elemente durch eine Trennwand voneinander getrennt werden.

Wie auch die Konstruktion gemäß Figur 1 zeigt, besitzt jedes Element eine Vielzahl von suk.zessiven Stufen 14, die mit Abstand angeordnete Laufschaufeln 18 umfassen,

- ßr - -J

die an einer Welle 20 befestigt sind. Zwischen den einzelnen Stufen ist der Reihe nach in Strömungsrichtung eine Verbindung geschaffen, und die Laufschaufeln jeder Stufe geben an ihrer Peripherie ein Gas von hoher Geschwindigkeit ab. Zwischen jeder Laufschaufel der Stufen in jedem der Elemente befindet sich eine feststehende Zwischenwand, die für das
erste Element mit 26', 28', 30', 32' und 48' bezeichnet ist, während selbige für das zweite
Element mit 26", 28", 30", 32" und 50" bezeichnet
ist und die Durchlaßbreite des entsprechenden
Diffusion 22, bestimmt.

Die Bauweise des Diffusors zwischen Trennwand 46
und 50 gemäß der Erfindung, entspricht der mit 35 bezeichneten, die nachfolgend noch beschrieben werden soll.

Bezogen auf die Figuren 3 und 4, so wird eine
konstante Durchlaßbreite — X- des Diffusors 22 für die letzte Stufe in den Ausführungsformen entsprechend den Figuren 1 und 2 beibehalten und zwar mittels einer ringförmigen Diffusorplatte 54, die in einer eng abgemessenen ringförmigen Auskerbung 56, ausgebildet in der Zwischenwand 32 oder in der
Trennwand 46, aufgenommen wird. Gegenüber hiervon, um den Diffusor'zu begrenzen, liegt die kooperierende Laufschaufelwand 33 und die entsprechende Zwischenwand Die Di ffusorplatte 54 ist befestigt und exakt nur
gegenüberliegender Wand positioniert und zwar
durch eine Vielzahl von mit über den Umfang mit Abstand verteilter Bolzen 58 und durch eine Führungsbuchse mit einer Breitenabmessung,' die der Di^fusor-Abmessung — X— , die für den Diffusor beibehalten*

werden soll, entspricht.
Eine O-Ringdichtung 62 erhält den Druck aufrecht.

Um die Wirksamkeit der Diffusorplatte 54 zu erhöhen, enthält ihre Rückseite eine ringförmige, sich radial erstreckende Auskerbung 64, die" in Kooperation mit der ausgekerbten Wand 56 einen ringförmigen Hohlraum 65 begrenzt. Mittels einer Vielzahl won axial durchgehenden Austrittsöffnungen 66, die radial angeordnet sind, um einen wesentlichen Druckausgleich herzustellen, steht der Druck P, im Diffusor 22 kontinuierlich in Verbindung mit dem Hohlraum 65, so daß der Druckwert P„ in dem letzteren derselbe ist ,oder sich dicht den Druckwert P, im Diffusor 22 annähert. Deshalb wird durch diese Anordnung im wesentlichen ein Druckausgleich zwischen der Vorder- und Hinterfläche der Di ffusorplatte erhalten, und dadurch werden unerwünschte Umbiegungen, die bei der älteren Bauart zu einer Erweiterung der Durchlaßbreite führen, unterbunden.

In der obigen Beschreibung wird ein Kreiselkompressor offenbart, der eine im wesentlichen konstante Diffusordurchlaßbreite gewährt und zwar unter ähnlichen Bedingungen, unter welchen bei herkömmlichen Diffusoren gemäß dem Stand der Technik eine unerwünschte Vergrößerung in den Abmessungen der Durchlaßbreite auftritt, Durch die Konstanthaltung der Diffusordurchlaßbreite gemäß der Erfindung, kann der Betrieb der veränderten Stufe sich mit beschriebener Bauweise anpassen ohne, daß Verluste entsprechend einer unkontrollierten Erweiterung der Durchlaßbreite, die*zuvor auftraten, vorkommen.

Gleichzeitig ist die Konstruktion gemäß der Erfindung, um die gewünschten Ergebnisse einer erhöhten Kompressorarbeitsweise zu er zielen, relativ/ einfach und wirtschaftlich leicht durchzuführen.

Da viele Abänderungen in der oben beschriebenen Konstruktion gemacht werden'können und viele offensichtlich voneinander abweichende Ausführungsformen der Erfindung vorkommen können, ohne vom Kerngedanken abzuweichen, ist es beabsichtigt, daß alles was in den Zeichnungen und der Beschreibung enthalten ist, nur nur im beschriebenen Sinne und nicht im Sinne von Eingrenzungen gesehen werden soll.

Leerseite -

Claims

Meissner & Meissner PATE NTANWALTS BU RO PATENTANWÄLTE DIPL-ING. W. MEISSNER (1980) DIPL-ING. P. E. MEISSNER DIPL-ING. H.-J. PRESTING Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Professional Representatives before the European Patent Office Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen HERBERTSTR. 22, 1000 BERLIN U AUG. 1984 ■ DRESSER INDUSTRIES, INC. Dallas, Texas, USA Patentansprüche

1. Mehrstufiger Kreiselkompressar zum V/erdichten eines Eluidums bestehend, aus einem Gehäuse, das eine Strömungsbahn von einem Einlaß zu einem Auslaß bestimmt, einer mehrstufigen Laufschaufel in der Strömungsbahn und aus kooperierenden Wänden, die einen feststehenden Diffusor bestimmen, der sich in jeder Stufe radial in Strömungsrichtung hinter der Laufschaufel erstreckt,

dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine kooperierende Wand (32, 46, 33, 50) des Diffusors (22) für zumindest eine der Stufen eine ringförmige Platte (54) aufweist, die eine zur Strömungsbahn des Fluidums durch den Diffusor (22) gerichtete Vorderseite aufweist und eine gegenüberliegende Hinterseite, die von der Strömungsbahn des Fluidums durch den Diffusor (22) iweggerichtet ist, und aus Mitteln(66) die zum Anlegen eines Druckes gegen die Hinterseite dienen, um einen annähernden Druckausgleich 'zu dem Druck des Fluidums, der gegen die Vorderseite angelegt ist, zu schaffen.

TELEX; TEU=QRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: 1-85644 INVENTION TELEFAX 'berliner bank ag. P. MEBSNEa BLN-W inven d BERUN 030/891 60 37 BERLIN 31 404737-103 030/891 30 26 3695716000

2. Mehrstufiger Kreiselkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandplatte 54 eine der kooperierenden Wände (32, 46, 33, 50) umfaßt und sich im wesentlichen radial mit gleicher Ausdehnung wie die gegenüberliegende Wand erstreckt, mit welcher sie kooperiert, um dabei den Diffusor (22) zu bestimmen und daß Öffnungen (66) vorhanden sind, die fortwährend eine Verbindung des Druckes des Fluidums zwischen den Gegenflächen der Platte 54, um näherungsweise einen Druckausgleich zu bewirken, herstellen.

3. Mehrstufiger Kreiselkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Plattenseite Mittel aufweist, die einen sich radial erstreckenden ringförmigen Hohlraum (65) bestimmen, der mit den Öffnungen (66) in Verbindung steht.

4. Mehrstufiger Kreiselkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsöffnungen aus einer Vielzahl von mit Abstand angeordneter Öffnungen (66) bestehen, die sich zwischen den beiden Gegen flächen der Plattenwand erstrecken.

5. Mehrstufiger Kreiselkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenwand in einer ringförmigen Auskerbung angeordnet ist,die axial innerhalb einer ringförmigen Wand neben de^m Diffusor genau bestimmt wird.

6. Mehrstufiger Kreiselkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Stufen die letzte Stufe des Kompressors darstellt.

7. Mehrstufiger Kreiselkompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor ein Durchgangskompressor (straight through type) ist und daß dabei die ringförmige Wand die Zwischenwand enthält.

8. Mehrstufiger Krei^lkompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor ein Rücken - an - Rückenkompressor (back to back) ist, der erste und zweite Elemente besitzt, wobei zumindest eine Stufe die. letzte des zweiten Elementes darstellt und daß die ringförmige Wand die Trennwand zwischen den Elementen enthält.

9. Mehrstufiger Kreiselkompressor nach den Ansprüchen 2, 3 und 4,

gekennzeichnet durch

eine Vielzahl von Befestigungsmitteln (58, 60), die sich quer zwischen der Plattenwand und der anderen kooperierenden Wand erstreckt, um die Wände in der ßaubreite des Diffusors gegeneinander zu sichern.