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Ein- oder mehrgehäusiger, vielstufiger Axialverdichter mit mindestens
einem audenliegenden Zwischenkühler Die Erfindung betrifft einen ein- oder mehrgehäusigen,
vielstufigen Axialverdichter mit mindestens einem außenliegenden Zwischenkühler.
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Bekanntlich strebt man bei Gas- und Luftverdichtern danach, eine möglichst
isothermische Verdichtung zu erreichen, da dann bei gegebenen Druckverhältnissen
die aufzuwendende Verdichtungsarbeit am kleinsten ist. Dieses Ziel wird unter anderem
dadurch zu erreichen versucht, daß nach einzelnen Stufen oder Stufengruppen Zwischenl"ühler
eingeschaltet werden. Je mehr Zwischenkühler verwendet werden, desto näher kann
man dem angestrebten Ziele isothermischer Verdichtung kommen. Bei wachsender Zwischenkühlerzahl
werden jedoch die Verluste beim Ein- und Austritt in die bzw. aus den Kühlern -und
beim Ein- und Austritt in die bzw. aus den Maschinenteilen auch groß, so daß eine
Erhöhung der Zwischenkühleranzahl über einen bestimmten Wert hinaus keine wirtschaftlich
noch tragbare Verbesserungsmöglichkeit mehr ergibt. Derartige Verluste machen sich
bei vielstufigen Axialverdichtern mit außenliegenden Zwischenkühlern besonders bemerkbar,
weil dann die aus dem Verdichtergehäuse abzuführende Strömung von der axialen Durchströmrichtung
in eine im wesentlichen radiale umzulenken ist. Will man seine solche Umlenkung
nun in gewohnter Weise mittels entsprechend geformter Krümmergehäuse erreichen,
so ist dazu viel Platzerforderlich. Zudem ist eine solche Umlenkung von der axialen
in .eine radiale oder angenähert radiale Richtung mit großen, unerwünschten Verlusten
verbunden, weil besonders bei. Axialverdichtern die Durchströmgeschwindigkeiten
im Vergleich zu den Radumfangsgeschwindigkeiten groß sind.
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Um die erwähnten Mängel zu beheben, erfolgt nun bei einem Axialverdichter
der eingangs erwähnten Art gemäß vorliegender Erfindung die Umlenkung der axialen
Durchtrittsströmung in die Zuleitung zum Zwischenkühler mittels eines Hilfsschleuderrades.
Die
Umlenkung erfolgt also unter Arbeitsleistung durch das Hilfsschleuderrad,
letzteres allerdings nur so weit, als @es für seine Umlenkung auf kleinstem Raum
nötig ist. Infolge der Einwirkung des Hilfsrades auf das Arbeitsmittel erhält dieses
eine drehende Bewegung in einer Ebene, die, je nachdem dieses Rad als reines Radial-
oder Halbradialrad ausgebildet ist, d. h. je :nach der Größe der Radialkomponente
der Strömung am Austritt aus diesem Hilfsrad, mehr oder -weniger senkrecht zur Maschinenachse
steht. Diese Drehbewegung kann in der an das Hilfsrad sich anschließenden Zuleitung
zum Zwischenkühler, welche zweckmäßig als ein als Diffusor wirkendes Spiralgehäuse
ausgebildet ist, teilweise in Druck umgewandelt werden.
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Da das Hilfsschleuderrad von den vorhergehenden Axialstufen bereits
mit großer Einlaufgeschwindigkeit beaufschlagt wird, kann es mit gutem Wirkungsgrad
arbeiten, so daß also auch der Übergang in den Zwischenkühler fast ohne Verluste
vor sich geht. Die Bauart nach der Erfindung bedingt somit neben einer bedeutenden
Platzersparnis und einfachen Bauweise eine wesentliche Verlustverringung bei zwischengekühlten
Axialverdichtern.
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Es sind allerdings bereits vielstufige Turboverdichter bekannt, welche
sich aus in einem einzigen Gehäuse angeordneten axialen und radialen Rädern aufbauen.
Dabei sind selbst Bauarten dieser Art bekannt, bei denen ein Radialrad zwischen
Gruppen von Axialstufen geschaltet ist. Bei den betreffenden Maschinen war jedoch
nie eine Zwischenkühlung vorgesehen, so daß das Arbeitsmittel während des ganzen
Verdichtungsvorganges, das Maschinengehäuse nie zu verlassen hatte. Zweck der betreffenden
zwischen- oder nachgeschalteten Radialräder oder Gruppen solcher Räder neben den
Axialstufen war lediglich, erstens im Gebiete niedriger Drücke und großer Volumina
die für solche Verhältnisse günstigeren Axialräder zu verwenden und im Hochdruckteil,
d. h. bei größerer Dichte, die gewöhnlichen Radialräder. Der ganze Verdichter kannte
infolgedessen kleiner gebaut werden, weil die Axialstufen keinen Platz für große
radiale Diffusoren beanspruchen. Zweitens erwartete man vor allem von einer abwechslungsweisen
Verwendung von radialen und axialen Stufen eine Verlagerung oder gar Verhinderung
der soggenannten Pumpgrenze. Im Gegensatze hierzu wird mit vorliegender Erfindung
nur in Verbindung mit Zwischenkühlern bezweckt, auf geringstem Raum mit Hilfe zwischengeschalteter
Hilfsschleuderräder eine verlustfreie Um- 'und Zulenkung zum Kühler sowie allenfalls
auch noch eine Rückgewinnung von kinetischer Austrittsenergie zu Herreichen und
so die axiale Bauart auch für den Betrieb mit Zwischenkühlung geeignet zu machen.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, und zwar ist Fig. i teilweise ein. Längsschnitt und teilweise eine
Ansicht eines eingehäusigen, vielstufigen Axialverdichters mit zwei Zwischenkühlern,
Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie II-II der Fig. i und Fig. 3 eine in bezug auf
Fig. i von links gesehene Endansicht des Verdichters.
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i, 2 und 3 bezeichnen drei Gruppen hintereinandergeschalteter Axialstufen
eines eingehäusigen Verdichters. Ferner bezeichnet ¢ den Saug-, 5 den Druckstutzen
und 6 das Gehäuse dieses Verdichters. 7 und 8 sind zwei außerhalb des Gehäuses 6
angeordnete, zwi schon die Stufengruppen i, 2 bzw. 2, 3 geschaltete Zwischenkühler.
Die Zuleitung zum Zwischenkühler 7 ist mit 9 und die das Arbeitsmittel aus diesem
Zwischenkühler 7 der Stufengruppe 2 zurückführende Leitung mit io bezeichnet, während
die Zuleitung zum Zwischenkühler 8 mit i i und die das Arbeitsmittel aus diesem
Kühler der Stufengruppe 3 zurückführende Leitung mit 12 bezeichnet ist. Die Umlenkung
der axialen Durchtrittsströmung in die Zuleitung 9 zum Zwischenkühler 7 und in die
Zuleitung i i zum Zwischenkühler 8 erfolgt je mittels eines radialen Hilfsschleuderrades
13 bzw. 14. Diese Räder 13, i q. ermöglichen auf kleinstem Raume und bei
möglichst kleinen Verlusten eine Umlenkung des Arbeitsmittels in die Zuleitungen
9, 11, -wobei sie erst noch imstande sind, dem Arbeitsmittel während der Umlenkung
Leistung abzugeben. In diesen Schleuderrädern 13, 14 -wird dem Arbeitsmittel eine
drehende Bewegung in Ebenen senkrecht zur Maschinenachse erteilt. Um diese Bewegungen
in den Zuleitungen 9, i i zu den Zwischenkühlern 7 bzw. 8 in Druck umzusetzen, werden
diese Zuleitungen zweckmäßig wenigstens auf seinem Teil ihrer Ausdehnung als als
Diffusoren wirkende Spixalgehäuse ausgebildet.
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Auf der Austrittsseite eines solchen Hilfsschleuderrades und vor dem
Eintritt in die als Spiralgehäuse ausgebildete Zuleitung kann in bekannter Weise
noch :ein Diffusor vorgesehen werden.
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Die Erfindung läßt sich .auch anwenden, wenn die verschiedenen axialen
Stufen in verschiedenen Gehäusen untergebracht sind und wenn in Verbindung mit jedem
dieser Gehäuse mindestens ein außenliegender Zwischenkühler vorgesehen ist.
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An Stelle von Hilfsschleuderrädern, die
als reine
Radialräder ausgebildet sind, bei denen also die Strömung am Austritt in seiner
Ebene senkrecht zur Maschinenachse verläuft, können auch Hilfsschleuderräder vorgesehen
werden, welche die Strömung in Ebenen. weniger als um 9o° umlenken, dieser aber
immer ;noch .eine Radialkomponente mit der damit verbundenen Schleuderwirkung aufzwingen.