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Mehrstufiger Kreiselverdichter Die Erfindung betrifft mehrstufige
Kreiselverdichter, bei denen die Verdichtung in hintereinandergeschalteten, abwechselnd
zentrifugal und zentripetal durchströmten Schaufelrädern erfolgt.
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Die bisher am meisten übliche Bauart der mehrstufigen Verdichter mit
hintereinandergeschalteten, nur zentrifugal durchströmten einstufigen Schleuderrädern
ergibt eine große Baulänge des Verdichters. Man hat daher schon vorgeschlagen, das
zu verdichtende Mittel axial .durch umlaufende Laufschaufeln und feststehende Leitschaufeln
strömen und die jeweils erzeugte Geschwindigkeitserhöhung in den Leitschaufeln in
Druck umsetzen zu lassen. Da aber hierbei das zu verdichtende Mittel durch Fliehkraftwirkung
nach außen abgedrängt wird und andererseits bestrebt ist, sich am Umfang entlang
zu bewegen, wird der Wirkungsgrad solcher Verdichter nachteilig beeinfiußt.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen, worden, das zu verdichtende Mittel
durch Schaufelräder mit mehreren konzentrisch umeinander angeordneten, radial beaufschlagten
Schaufelkränzen strömen zu lassen, und zwar bei. mehrstufiger Ausführung abwechselnd
zentrifugal und zentripetal. Hierdurch wird zwar eine kurze Baulänge des Verdichters
erzielt, es hat sich aber gezeigt, daß radial beaufschlagte, zentrifugal durchströmte
Schaufelräder einen. schlechten Wirkungsgrad ergeben, während die zentripetal durchströmten,
radial beaufschlagten Schaufelräder einmal einen sehr guten Wirkungsgrad haben und
dann, da, das Volumen des von außen nach innen strömenden Mittels gleichzeitig mit
den Durchmessern der einzelnen Schaufelkränze abnimmt, die Schaufeln annähernd gleich
lang werden. Nachteilig ist nur, daß bei den zentripetal durchströmten Rädern die
Fliehkraft der Strömungsrichtung des zu verdichtenden Mittels entgegenwirkt und
die Schaufeln so eingerichtet sein müssen, daß sie außer der zur Erzielung des Verdichtungsdruckes
erforderlichen Geschwindigkeitserhöhung noch die zur Überwindung der Fliehkraft
notwendige Geschwindigkeitserhöhung erzeugen. Dies führt im Betriebe insofern zu
Schwierigkeiten, als durch Erhöhung des Gegendruckes oder durch Änderung der Fördermenge
leicht ein Abreißen der Förderung eintreten kann. ' " Erfindungsgemäß werden daher
für die zentrifugal durchströmten Schäufelräder einstufige Schleuderräder und für
die zentripetal durchströmten Schaufelräder radial beaufschlagte, aus mehreren konzentrisch
umeinander angeordneten Schaufelkränzen bestehende Schaufelräder vorgeschlagen.
Der
Vorteil, der hierdurch erreicht wird, soll an Hand der Abb.
2 erläutert werden.
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In Abb.2 stellt die Abszisse das von den Verdichtern geförderte Volumen,
die Ordinate:. den Förderdruck dar. Die Kurvena und sind also die bekannten Druck-Volum@'=,
Kennlinien von Verdichtern, und zwar steil die Kurvea eine solche Kennlinie für
einaus mehreren konzentrisch umeinander angeordneten Schaufelkränzen bestehendes,
zentripetal durchströmtes Schaufelrad dar, die Kurve b eine Kennlinie für ein zentrifugal
durchströmtes einstufiges Schleuderrad. Die Kennlinie a nimmt, wie von Axialverdiehtern
her bekannt ist, bei größerem Fördervolumen, als es dem Bestpunkt c entspricht,
sehr plötzlich an Förderhöhe ab. Die in einer zentripetal durcbströmten Beschaufelung
auftretende Fliehkraftwirkung übt nun bei fallendem Fördervolumen einen so ungünstigen
Einfluß auf den Verdichtungsvorgang aus, daß der linke Ast der Kennlinie a etwa
ebenso steil abfällt wie der rechte Ast. So kommt es, daß die Förderung bei sinkendem
Durchsatzvolumen sehr leicht abreißt. Demgegenüber steigt die Kennlinie b mit sinkendem
Durchsatzvolumen langsam an und fällt nach Überschreitung des Bestpunktes nur unwesentlich
wieder ab, so daß selbst bei der Förderung Null noch eine beträchtliche Druckhöhe,
erhalten bleibt. Die Kennlinien a und b ergänzen sich also besonders
vorteilhaft, so daß ein zu plötzlicher Druckabfall und insbesondere ein Abreißen
der Förderung mit Sicherheit vermieden wird.
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Die radiale Umschachtelung der Schaufelreihen läßt die fliegende Anordnung
der die Schaufeln tragenden Räder besonders vorteilhaft erscheinen. Insbesondere
ist es zweckmäßig, den auftretenden Achsschub dieser Räder dadurch aufzunehmen,
daß. die Räder unter Gegeneinanderschaltung auf beiden Enden der sie tragenden Welle
angeordnet werden, wobei sie nacheinander oder paralleldurchströmt werden könnten.
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Abb. i stellt beispielsweise einen nach der vorliegenden Erfindung
ausgebildeten Luftverdichter dar. i bezeichnet die Welle eines den Verdichter antreibenden
Motors 2. Die Verdichterräder 3, 4., 5 und 6 sind auf den freien Wellenenden der
Welle i angeordnet. Die Luft wird durch das Rohr 7 angesaugt und .erfährt zunächst
in dem auf der linken Seite des Rades 3 angeordneten Kreiselrad 8 unter Ausnutzung
der Fliehkraftwirkung eine Verdichtung. Die hierbei auftretende Strömungsenergie
wird im Diffusor g weitgehend in Druck umgesetzt. Die Hauptverdichtung auf diesem
Wellenende findet jedoch in den radial umeinander angeordneten Schaufelreihen io
statt. Ein Teil dieser Schaufelreihen läuft mit dem Rade 3 um, während der ruhende
Teil an der Scheibe i i befestigt ist. P.ie Luft durchströmt die Schaufelreihen
i o außen nach innen, also entgegen der ; X.
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%kraftwirkung, tritt innen aus und er nochmals nochmals eine Druckerhöhung
durch Fliehkraftwirkung in dem Kreiselrad 12, welches an dem Rad q. befestigt ist.
Auch der Sammelkanal 13 ist als Diffusor ausgebildet, um die überschüssige Geschwindigkeitsenergie
möglichst zur Druckerhöhung auszunutzen. In der gleichen Weise durchfließt die bereits
vorverdichtete Luft nach Lberleitung durch die Rohrleitung 1q. auf der anderen Seite
des Motors das am Rad 5 befestigte Kreiselrad 15, den Diffusor 16, die radial
umeinander angeordneten Schaufeln 17, die teils am Rad 5, teils an der ruhenden
Scheibe 18 befestigt sind, und das am Rad 6 angeordnete Kreiselrad i g, um schließlich
in den Diffusor 20 und den Druckanschluß 2 t abzuströmen. Undichtheitsverluste sind
an den Kreiselrädern durch Anordnung von LabyrinthdichtUngen 22 bis 27 iveitgehendst
verringert, so daß schon der Wirkungsgrad dieser Kreiselräder üblicher Ausführung
gut ist.
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Der wesentliche Teil der Verdichtung findet jedoch in den Schaufelreihen
io und 17 statt. Die Schaufellängen brauchen nicht sehr stark geändert zu werden,
da sich die Durchmesser der Schaufelreihen mit zunehmender Verdichtung verringern.
Insbesondere werden aber schädliche Ablenkungen von der gewellten Strömungsrichtung
durch die Fliehkraftwirkung vermieden, da die Strömung praktisch rein radial erfolgt.
Es wird auf diese Weise eine möglichst ungestörte Umsetzung der in den Laufschaufelreihen
erzeugten Geschwindigkeitssteigerung in Druckenergie innerhalb der Leit.schaufelkanäle
ermöglicht.
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Die gedrängte Bauart in axialer Richtung ist dazu ausgenutzt worden,
die Räder fliegend anzuordnen. Es ergibt sich hierdurch eine sehr einfache Ausbildung
des Ansaugestutzens und eine Herabsetzung des Undichtheitsverlustes auf der Hochdruckseite,
da eine Stopfbüchse fortfällt. Insbesondere wird aber die für die radiale Umschachtelung
erforderliche Ausbaumöglichkeit erzielt und durch die Zweilagerbauart cin ruhiger
Lauf des Aggregates gewährleistet, so daß sich kleinste Abdichtungsspiele in den
radial umeinander angeordneten Schaufelreihen und in den Labyrinthen einhalten lassen.
Die Anordnung auf beiden Wellenenden ermöglicht andererseits einen Schubausgleich,
ohne hierfür Lackverluste in Kauf nehmen zu müssen.