DE68904020T2

DE68904020T2 - Mehrstufiger zentrifugalverdichter.

Info

Publication number: DE68904020T2
Application number: DE8989309233T
Authority: DE
Inventors: Tsukubahouse Kobayashi; Haruo Miura; Hideo Nishida
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1988-09-14
Filing date: 1989-09-12
Publication date: 1993-04-29
Anticipated expiration: 2009-09-13
Also published as: JPH0278788A; EP0359514B1; DE68904020D1; EP0359514A3; CN1041992A; US4938661A; EP0359514A2; JPH0646035B2; CN1015489B

Description

Diese Erfindung betrifft mehrstufige Zentrifugalverdichter vom Typ mit einer einzigen Achse, in denen Ausströmräume oder Diffusoren radial außerhalb der Laufräder angeordnet sind. Die Verdichter sind vom Hochdrucktyp, typischerweise mit einem Aufbau, der mit einem Auslaßdruck von mindestens 50 Atmosphären arbeitet. Derartige Verdichter werden zum Verdichten von Gasen z. B. in der chemischen Industrie zum Injizieren von Gasen, in Ölfeldern für Luftverdichtung und in Gaspipelines verwendet.
Bisher wurde in mehrstufigen Hochdruck-Hochgeschwindigkeits- Zentrifugalverdichtern, bei denen mehrere Zentrifugalverdichterstufen entlang einer Drehachse angeordnet sind, flügellose Diffusoren verwendet. Diffusoren mit Flügeln werden in breitem Umfang bei Niederdruckverdichtern verwendet, und zwar sowohl bei einstufigen als auch mehrstufigen Verdichtern. Bei diesen Verdichtern ist das Verhältnis r/R des Auslaßradius R eines Laufrades zum Radius r der Vorderkante eines Diffusorflügels in allen Stufen konstant. Mehrstufige Zentrifugalverdichter dieser Art werden von Takefumi Ikui in "Blower and Compressor" (von Asakura Shoten veröffentlicht und am 25. Juni 1974 ausgegeben) beschrieben.
Diffusoren mit Flügeln wurden nicht für Hochdruckverdichter übernommen, da ein mehrstufiger Zentrifugalverdichter mit Diffusoren mit Flügeln zwar einen hohen Maximalwirkungsgrad, jedoch einen engen Betriebsbereich aufweist. Wenn ein Fluid im mehrstufigen Zentrifugalverdichter verdichtet wird, wird die Durchlaßbreite zur Auslaßseite hin kleiner, da die Volumenflußrate kleiner wird. Im Ergebnis ist die spezifische Geschwindigkeit eines Laufrades in den hinteren Stufen kleiner als diejenige eines Laufrades in einer vorderen Stufe. Daher ist bei einem mehrstufigen Zentrifugalverdichter der Druck und die spezifische Geschwindigkeit in einer hinteren Stufe kleiner, und es tritt häufig auf der Seite der hinteren Stufe ein Phänomen auf, das als "umlaufende Strömungsabrisse" bezeichnet wird.
Ein umlaufender Strömungsabriß wird bei einem flügellosen Diffusor erzeugt, wenn der Fluß in einer bestimmten Verdichterstufe verringert wird und der mittlere Flußwinkel α am Diffusoreinlaß der Stufe kleiner wird als ein vorgegebener Wert. Unter diesen Bedingungen tritt, wegen des Ansteigens des statischen Drucks in radialer Richtung, lokal ein Rückwärtsfluß an den Grenzschichten im Diffusordurchlaß auf und pflanzt sich in den Hauptfluß fort. Das Gebiet des Strömungsabrisses dreht sich mit niedriger Frequenz um die Achse.
Wenn ein derartiger umlaufender Strömungsabriß auftritt, wird die durch ihn erzeugte Druckschwankung eine starke Wellenanregungskraft, wenn der Fluiddruck zunimmt. Demgemäß wird das Vibrieren der Welle bei einem Verdichter mit hohem Druckpegel groß, und das Antreiben des Verdichters wird schwierig, was den Betriebsbereich des Verdichters beschränkt.
Wenn z. B. ein umlaufender Strömungsabriß in einem Punkt C in einer flügellosen Diffusorstufe auftritt, wie im Diagramm von Fig. 8 dargestellt, liegt der stabile Betriebsbereich (SDR) bei einer geringeren Flußrate als einem Wert Qc. Dies bedeutet, daß der Betriebsbereich im Vergleich zu demjenigen Fall eng wird, für den angenommen wird, daß kein umlaufender Strömungsabriß auftritt, wobei stabiler Betrieb mit einer Flußrate größer als Qa möglich ist.
Dieses Problem des Vibrierens bei Zentrifugalverdichtern für sehr hohen Druck wurde von Ferrara in der Veröffentlichung 77-DET-15 aus dem Jahr 1977 der American Society of Mechanical Engineering (ASME) diskutiert und umlaufenden Strömungsabrissen zugeschrieben.
Turusaki beschreibt im japanischen Magazin "Turbomachine", Vol. 12, 1984, Nr. 6, Seiten 323 - 332 umlaufende Strömungsabrisse genauer, und Nishida et al. diskutieren in "Reports of the Japanese Society of Mechanical Engineering", März 1988, Seiten 589 - 594 die Bedingungen für umlaufende Strömungsabrisse in flügellosen Diffusoren.
Als Gegenmaßnahme gegen umlaufende Strömungsabrisse bei einem flügellosen Diffusor war es üblich, die axiale Durchlaßhöhe des Diffusors von h auf h' zu verringern, wie dies in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist, um das Einsetzen rotierender Strömungsabrisse zu verzögern. Das Verhältnis der Höhe des Diffusordurchlasses zur Auslaßhöhe b des Laufrades wird verringert, und die Radialgeschwindigkeit wird von Cm auf Cm' erhöht. Der Fließwinkel α' am Diffusoreinlaß ist demgemäß größer im Vergleich mit dem Durchflußwinkel α, wenn die Höhe des Diffusordurchlasses größer ist. Demgemäß ist es möglich, den stabilen Betriebsbereich dadurch zu erweitern, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist, daß der Einlaßflußwinkel für dieselbe Flußrate vergrößert wird, um das Einsetzen umlaufender Strömungsabrisse zu verzögern. Demgemäß hat das Verringern der Durchlaßhöhe den Effekt, den Einsatzpunkt für umlaufende Strömungsabrisse zum Druckstoßpunkt hin zu bewegen. Umlaufende Strömungsabrisse können verhindert werden, wenn die Höhe des Diffusordurchlasses stark im Vergleich mit der Höhe des Laufradauslasses verringert wird. Jedoch ist es erforderlich, die Höhe des Diffusordurchlasses drastisch zu verringern, um umlaufende Strömungsabrisse zu vermeiden, und da die mittlere Fluidgeschwindigkeit bei diesem Verfahren zusätzlich zur Verringerung der Durchlaßhöhe groß wird, wird der Reibungsverlust im Diffusor erhöht, und der Wirkungsgrad wird niedriger.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erzeugung umlaufender Strömungsabrisse in den Diffusoren eines mehrstufigen Hochdruck-Zentrifugalverdichters zu verhindern und so einen Verdichter zur Verfügung zu stellen, der stabil mit hohem Wirkungsgrad in einem weiten Betriebsbereich betrieben werden kann.
Die Erfindung führt Diffusoren mit Flügeln ein, und sie erhöht, was die letzten zwei Stufen betrifft, das Verhältnis r/R des Auslaßradius R der Zentrifugallaufräder zum Radius r der Vorderkante des Diffusorflügels von der Seite der hinteren Stufe (Auslaßseite) zur Seite der vorderen Stufe (Saugseite). Bei einer anderen Erscheinungsform werden in mindestens zwei Stufen die Verhältnisse r/R und h/R, wobei h die axiale Durchlaßhöhe des Diffusors (axiale Flügelhöhe) ist, so ausgewählt, daß sie dem Folgenden genügen:
h/R ≤ 0,04
r/R ≤ 1 + 3,3 h/R.
Wenn Flügel gemäß diesen Prinzipien angeordnet werden, wird der Fluß zwangsweise durch den Flügel in radialer Richtung ausgerichtet, und es besteht kaum irgendein Fluß in Rückwärtsrichtung. D. h. daß ein Diffusor mit Flügeln die Wirkung hat, einen Rückwärtsfluß dadurch zu verhindern, daß die Vorderkante eines Flügels an der Innenseite derjenigen Position angebracht wird, in der ein Fluß in Rückwärtsrichtung als erstes im Fall einer flügellosen Konfiguration erzeugt wird.
Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung wird demgemäß ein mehrstufiger Zentrifugalverdichter mit einer um eine Achse drehbaren Welle, mehreren auf der Welle befestigten Laufrädern mit Auslässen an ihren Rändern und mit Leitungen angegeben, die die Laufräder verbinden, um einen Pfad für ein Fluid zu bilden, das Mehrstufenverdichtung durch die Laufräder von der Saugseite zur Auslaßseite des Verdichters erfährt. Die Leitungen beinhalten mehrere Diffusoren, die radial außerhalb der Laufräder angeordnet sind, wobei jedes Laufrad und sein zugeordneter Diffusor eine Stufe bildet. Mindestens zwei der Diffusoren liegen in Form von Diffusoren mit Flügeln vor. Unter den Diffusoren mit Flügeln weist ein erster ein Verhältnis des Radius der Vorderkante des Diffusorflügels zum Radius des Laufradauslasses auf, das größer ist als dasselbe Verhältnis eines zweiten, der entlang dem genannten Pfad der Auslaßseite näher ist als der erstere.
In der Regel liegen mindestens vier Zentrifugallaufräder und mindestens vier Diffusoren mit Flügeln vor. Das Verhältnis des Radius der Vorderkante eines Diffusorflügels zum Radius des Laufradauslasses nimmt vorzugsweise von jedem der Diffusoren mit Flügeln zum nächsten entlang des Fluidverdichtungspfades in Richtung von der Auslaßseite zur Saugseite zu.
Beim erfindungsgemäßen Hochdruckverdichter beträgt in mindestens einer Stufe, mehr bevorzugt in allen Stufen mit Diffusoren mit Flügeln, das Verhältnis der Axialhöhe der Flügel zum Radius des Laufradauslasses weniger als 0,04, und es kann kleiner als 0,03 sein.
Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, gilt vorzugsweise für jede Stufe mit einem Diffusor mit Flügel:
r/R ≤ 1 + 3,3 h/R,
wobei h die axiale Höhe der Flügel, R der Radius des Laufradauslasses und r der Radius der Vorderkante des Diffusorflügels ist.
Zusätzlich zu den Stufen mit Diffusoren mit Flügeln kann mindestens eine Stufe mit einem flügellosen Diffusor vorhanden sein, der näher zur Saugseite liegt als die Diffusoren mit Flügeln.
Der erfindungsgemäße Verdichter weist typischerweise einen Aufbau auf, der bei Auslaßdrücken von mindestens 50 Atmosphären und in vielen Fällen von mindestens 100 Atmosphären arbeitet. In jeder Stufe mit einem Diffusor mit Flügeln beträgt das Verhältnis des Auslaßradius der Flügel zum Einlaßradius der Flügel vorzugsweise nicht mehr als 1,2, und die Maximaldicke jedes Flügels liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 12 % der Sehnenlänge des Flügels. Typischerweise liegt in jeder Stufe mit einem Diffusor mit Flügeln die Anzahl von Flügeln im Bereich zwischen 10 und 30, vorzugsweise zwischen 12 und 20.
Normalerweise erstrecken sich die Flügel über die gesamte axiale Höhe des Diffusors.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform gibt die Erfindung einen mehrstufigen Zentrifugalverdichter mit einer um eine Achse drehbaren Welle, mehreren auf der Welle befestigten Zentrifugallaufrädern mit Auslässen an ihren Umfängen und Leitungen auf, die die Laufräder verbinden, um einen Pfad für eine Flüssigkeit zu bilden, die Mehrstufenverdichtung durch die Laufräder von der Saugseite zur Auslaßseite des Verdichters erfährt. Die Leitungen weisen mehrere radial außerhalb der Laufräder angeordnete Diffusoren auf, wobei jedes Laufrad und sein zugeordneter Diffusor eine Stufe bilden. Mindestens zwei der Diffusoren sind Diffusoren mit Flügeln. Für jeden Diffusor mit Flügeln und sein zugeordnetes Laufrad gilt:
h/R ≤ 0,04
und r/R ≤ 1 + 3,3 h/R,
wobei h die axiale Höhe der Flügel, R der Radius des Laufradauslasses und r der Radius der Vorderkante des Diffusorflügels ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend durch nichtbeschränkende Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben, in denen:
Fig. 1 ein Axialschnitt eines mehrstufigen Zentrifugalverdichters ist, der die vorliegende Erfindung verkörpert;
Fig. 2 ein typischer Radialschnitt durch eine Stufe des Verdichters von Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine schematische Darstellung von Laufrädern und Diffusoren mit Flügeln im Verdichter ist, der die Erfindung verkörpert;
Fig. 4 ein Diagramm ist, das bestimmte Dimensionen des Verdichters der Fig. 1 bis 3 miteinander verknüpft;
Fig. 5 ein Axialschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung ist;
Fig. 6 ein Diagramm ähnlich dem von Fig. 4 für das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 ist;
Fig. 7 ein Axialschnitt eines nochmals anderen Verdichters ist, der die Erfindung verkörpert; und
Fig. 8 bis 11 Diagramme sind, die die Eigenschaften eines herkömmlichen mehrstufigen Zentrifugalverdichters erläutern.
Beim mehrstufigen Hochdruch-Zentrifugalverdichter der Fig. 1 bis 3 ist eine sich drehende Welle 1 in ein Gehäuse 3 auf Lagern 2 eingebaut. Zentrifugallaufräder 4 (erste Stufe 4a, zweite Stufe 4b, dritte Stufe 4c, vierte Stufe 4d) werden von der Welle 1 getragen. Der Laufradauslaßradius R ist derselbe in allen vier Stufen, und die axiale Höhe h des Diffusordurchlasses nimmt gemäß der Änderung der Volumenflußrate ab. Der Auslaß und der Einlaß jedes benachbarten Paars Laufräder 4 in der Reihenfolge sind durch Leitungen 5 (erste Stufe 5a, zweite Stufe 5b, dritte Stufe 5c) miteinander verbunden, die im Gehäuse 3 ausgebildet sind. Der Einlaß des Zentrifugallaufrades 4a der ersten Stufe (Saugseite) ist mit einer Einlaßöffnung 6 des Gehäuses 3 verbunden, und der Auslaß des Zentrifugallaufrades 4d in der hinteren Stufe (Auslaßseite) ist mit einer Auslaßöffnung 7 des Gehäuses 3 verbunden. Im Durchlaß 5 sind Diffusoren 8 (erste Stufe 8a, zweite Stufe 8b, dritte Stufe 8c, vierte Stufe 8d) mit Flügelrädern an der Auslaßseite jedes der Laufräder 4a, 4b, 4c und 4d vorhanden, und Rücklaufkanäle 9 (erste Stufe 9a, zweite Stufe 9b, dritte Stufe 9c) sind an der Einlaßseite jedes Laufrades 4b, 4c und 4d angeordnet.
Die Fig. 3 und 4 zeigen Relativwerte für den Auslaßradius R der Laufräder 4, die Höhe h der Diffusoren 8 mit Flügeln und des Radius r der Vorderkanten der Diffusorflügel an. Diese Werte genügen der folgenden Beziehung:
r/R < 1 + 3,3 hR (1).
In diesem Fall ist der Radius der Hinterkante der Diffusorflügel nicht explizit spezifiziert.
Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels wird nun beschrieben.
In einem solchen mehrstufigen Zentrifugalverdichter wird das Fluid bei seinem Fluß zur hinteren Stufe verdichtet, die Volumenflußrate nimmt ab, und demgemäß wird die Höhe h des Diffusordurchlasses im allgemeinen kleiner; je kleiner jedoch die Höhe h des Diffusordurchlasses ist, um so mehr Rückwärtsfluß wird im Innendurchmesserbereich des Diffusors erzeugt. Die Beziehung zwischen dieser Durchlaßhöhe h und dem Radius r1 für Rückwärtsflußeinsatz wird durch Berechnungen durch die folgende Gleichung (2) angenähert:
r1/R 1 + 3,3 h/R (2).
Anders gesagt, wird die Position für den Radius, bei dem bei einer vorgegebenen Durchlaßhöhe h Rückwärtsfluß das erste Mal auftritt, durch die obige Gleichung gegeben.
Wie oben erläutert, wird ein umlaufender Strömungsabriß dann im Diffusor erzeugt, wenn sich dieser Rückwärtsfluß ausbildet und eine Strömungsabrißzone bildet, die im Diffusor umläuft. Demgemäß können, wenn das erste Auftreten von Rückwärtsfluß im Diffusor zurückgehalten wird, umlaufende Strömungsabrisse verhindert werden.
Bei Diffusoren mit Flügeln werden dann, wenn der Radius r der Flügelvorderkante klein wird, Störgeräusche durch einen Flügel und die Stärke desselben negativ beeinflußt, da Fluid mit hoher Geschwindigkeit, die aus dem Zentrifugallaufrad 4 austritt, mit dem Flügel kollidiert. Wenn der Einlaßradius r der Flügel bei diesem Ausführungsbeispiel zur vorderen Stufe (Saugseite) in demjenigen Bereich zunimmt, der der obigen Beziehung (1) genügt, ist dies von größerem Nutzen im Hinblick auf Störgeräusche durch den Flügel und auf die Stärke desselben im Vergleich mit dem Fall, in dem das Verhältnis r/R auf einen kleinen Wert fixiert ist und für alle Stufen konstant ist.
Darüber hinaus verhindern die Diffusoren 8 mit Flügeln umlaufende Strömungsabrisse, ohne daß die Durchlaßhöhe h erniedrigt wird, die für flügellose Diffusoren erforderlich ist, und die Durchlaßlänge, die sich durch die Diffusoren erstreckt, wird ebenfalls verkürzt, und der Reibungsverlust ist klein. Daher kann ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden, da der Fluß zwangweise durch die Flügel ausgerichtet wird und der Flußwinkel groß ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel können daher umlaufende Strömungsabrisse in allen Stufen verhindert werden, und es wird ein mehrstufiger Zentrifugalverdichter erhalten, der einen hohen Wirkungsgrad erzielt und stabil in einem breiten Betriebsbereich betrieben werden kann.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und 6 handelt es sich um einen mehrstufigen Zentrifugalverdichter mit fünf Stufen, in denen eine Zwischenkühlung des Fluids zwischen der Seite der Niederdruckstufe und der Seite der Hochdruckstufe ausgeführt wird. Es werden dieselben Bezugsziffern verwendet, um Teile zu bezeichnen, die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Teilen entsprechen.
Zentrifugallaufräder 11 (erste Stufe 11a, zweite Stufe 11b, dritte Stufe 11c) der Gruppe auf der Seite der Hochdruckstufe mit demselben Auslaßradius R, wie auch Zentrifugallaufräder 10 (erste Stufe 10a, zweite Stufe 10b) der Gruppe auf der Seite der Niederdruckstufen mit demselben Auslaßradius R sind auf der Drehwelle 1 befestigt. Die Gruppe der Seite der Niederdruckstufe weist flügellose Diffusoren 12 (erste Stufe 12a, zweite Stufe 12b) und einen Rückflußkanal 13 auf, und die Gruppe auf der Seite der Hochdruckstufe weist Diffusoren 14 (erste Stufe 14a, zweite Stufe 14b, dritte Stufe 14c) mit Flügeln und Rücklaufkanäle 15 (erste Stufe 15a, zweite Stufe 15b) auf. Der Grund, weswegen flügellose Diffusoren für die Gruppe auf der Seite der Niederdruckstufe verwendet werden und Diffusoren mit Flügeln für die Gruppe auf der Seite der Hochdruckstufe verwendet werden, ist der folgende.
Die Laufräder dieses mehrstufigen Zentrifugalverdichters weisen einen breiten Bereich spezifischer Geschwindigkeiten auf. Da die spezifische Geschwindigkeit auf der Seite der Niederdruckstufe (Seite der vorderen Stufe) groß ist und der Flußwinkel des Diffusors für Aufbaueignung groß ist, treten kaum umlaufende Strömungsabrisse auf. Beim Niederdruckpegel verursacht ein eventuell erzeugter umlaufender Strömungsabriß aufgrund seiner kleinen Wellenanregungskraft keine Schwierigkeit.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Diffusoren mit Flügeln für die Gruppe der Hochdruckstufe verwendet, wo umlaufende Strömungsabrisse Schwierigkeiten bewirken, und das Radiusverhältnis für die Vorderkante jedes Diffusors wird eingestellt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist.
Daher können bei diesem Ausführungsbeispiel umlaufende Strömungsabrisse in den Diffusoren in den drei Stufen auf der Seite der hinteren Stufe verhindert werden, und es können Verdichtereigenschaften für hohen Wirkungsgrad und einen weiten stabilen Betriebsbereich erhalten werden.
Ein noch anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 7 dargestellt, das dasselbe wie das der Fig. 5 und 6 ist, mit der Ausnahme, daß Diffusoren mit Flügeln für die Gruppe auf der Seite der Niederdruckstufe verwendet werden. Das Verhältnis r/R des Radius r der Vorderkante dieser Diffusorflügel 16 zum radius R des Zentrifugallaufrad-Auslasses ist konstant. Diffusoren mit Flügeln werden bei der Gruppe auf der Seite der Hochdruckstufe verwendet, und das Verhältnis r/R für den Radius r der Vorderkante der Diffusorflügel 14 (erste Stufe 14a, zweite Stufe 14b) zum Radius R des Laufradauslasses genügt der folgenden Beziehung zum Verhältnis h/R der Diffusorflügelhöhe h zum Radius R des Laufradauslasses:
r/R < 1 + 3,3 h/R,
und das Verhältnis r/R nimmt von der Seite der hinteren Stufe zur Seite der vorderen Stufe in dieser Gruppe zu.
Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel kann der Verdichter sehr wirkungsvoll betrieben werden, da Diffusoren mit Flügeln mit konstantem Verhältnis r/R für die Gruppe auf der Seite der Niederdruckstufe verwendet werden und dieser ein hoher Wirkungsgrad gegeben wird.
Darüber hinaus wird bei diesem Verdichter ein hochwirkungsvoller Betrieb dadurch erzielt, daß das Verhältnis r/R des Radius der Vorderkante des Diffusors bei der Gruppe auf der Seite der Niederdruckstufe und des Radius R des Laufradauslasses konstant gemacht wird, und dieses Verhältnis r/R so eingestellt wird, daß die folgende Beziehung zum Verhältnis h/R der Höhe h des Diffusorflügels zum Radius R des Laufradauslasses erfüllt ist:
r/R < 1 + 3,3 hR.
Wenn bei den obigen Ausführungsbeispielen der Fluß durch die Laufräder mehr als der Fluß durch jede Stufe dadurch erhöht wird, daß der Leckfluß zwischen den Einlässen und den Auslässen der Zentrifugallaufräder erhöht wird, und bewerkstelligt wird, daß die Laufräder nur auf der Seite mit großem Fluß arbeiten, wird eine noch wirkungsvollere Verhinderung umlaufdender Strömungsabrisse erzielt.
Abmessungen und Aufbaubetriebsbedingungen für zwei mehrstufige erfindungsgemäße Verdichter werden durch die unten stehenden Tabellen 1 und 2 gegeben. Die Verdichter sind allgemein aufgebaut, wie in Fig. 1 dargestellt; der Verdichter gemäß Tabelle 1 weist vier Stufen auf, während der Verdichter gemäß Tabelle 2 drei Stufen aufweist. Tabelle 1 erste Stufe zweite Stufe dritte Stufe vierte Stufe Laufradauslaßradius R Radius r der Flügelvorderkante Radius r' der Flügelhinterkante Anzahl von Flügeln Flügelhöhe in axialer Richtung h Radiusverhältnis r/R Höhenverhältnis h/R Wellendrehzahl: 14370 U/min Gas: CO&sub2; Druck- Saugseite/Auslaß: 45/140 Atmosphären Tabelle 2 erste Stufe zweite Stufe dritte Stufe Laufradauslaßradius R Radius r der Flügelvorderkante Radius r' der Flügelhinterkante Anzahl von Flügeln Flügelhöhe in axialer Richtung h Radiusverhältnis r/R Höhenverhältnis h/R Wellendrehzahl: 11600 U/min Gas: Ethylen Druck- Saugseite/Auslaß: 65/122 Atmosphären

Claims

1. Mehrstufiger Zentrifugalverdichter mit mehreren Zentrifugallaufrädern (4, 10, 11), die auf einer Drehwelle (1) befestigt sind, um mehrere Verdichtungsstufen zu bilden, und mit einem Diffusor (8, 12, 14) in jeder dieser Stufen, wobei mindestens zwei dieser Diffusoren Diffusoren (8, 14) mit Flügeln sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der benachbarten Paare von Stufen Diffusoren mit Flügeln aufweist, wobei das Verhältnis des Radius der Vorderkante eines Diffusorflügels zum Radius eines Laufradauslasses in derjenigen Stufe des Paars größer ist, die näher zur Saugseite des Verdichters liegt.

2. Verdichter nach Anspruch 1 mit mindestens vier Zentrifugallaufrädern (4, 10, 11) und mindestens vier Diffusoren (8, 14) mit Flügeln, wobei das Verhältnis des Radius der Vorderkante eines Diffusorflügels zum Radius eines Laufradauslasses von jedem dieser Diffusoren mit Flügeln zum nächsten entlang des Fluidverdichtungspfades in Richtung von der Auslaßseite zur Saugseite zunimmt.

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem in mindestens einer Stufe das Verhältnis der axialen Höhe der Flügel (8, 14) zum Radius des Laufradauslasses kleiner als 0,04 ist.

4. Verdichter nach Anspruch 3, bei dem das Verhältnis der axialen Höhe der Flügel (8, 14) zum Radius des Laufradauslasses in jeder Stufe mit einem Diffusor mit Flügeln kleiner als 0,04 ist.

5. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem in jeder Stufe mit einem Diffusor mit Flügeln

r/R ≤ 1 + 3,3 h/R

gilt, worin h die axiale Höhe der Flügel, R der Radius des Laufradauslasses und r der Radius der Vorderkante des Diffusorflügels ist.

6. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zusätzlich zu den Stufen mit Diffusoren mit Flügeln mindestens eine Stufe mit einem flügellosen Diffusor vorhanden ist, der der Saugseite näher liegt als die Diffusoren mit Flügeln.

7. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der einen Aufbaubetriebsauslaßdruck von mindestens 50 Atmosphären aufweist.

8. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem in jeder Stufe mit einem Diffusor mit Flügeln das Verhältnis des Auslaßradius der Flügel zum Einlaßradius der Flügel nicht größer als 1,2 ist.

9. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem in jeder Stufe mit einem Diffusor mit Flügeln die maximale Dicke jedes Flügels im Bereich von 5 bis 12 % der Sehnenlänge des Flügels liegt.

10. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem in jeder Stufe mit einem Diffusor mit Flügeln die Anzahl von Flügeln im Bereich von 10 bis 30 liegt.

11. Mehrstufiger Zentrifugalverdichter mit einer sich um eine Achse drehenden Welle (1), mehreren auf dieser Welle befestigten Zentrifugallaufrädern (4, 10, 11) mit Auslässen an ihren Umfängen, Leitungen (8, 9), die die Laufräder verbinden, um einen Pfad für ein Fluid zu bilden, das einer Mehrstufenverdichtung durch die Laufräder von der Saugseite zur Auslaßseite des Verdichters unterzogen wird, wobei die Leitungen mehrere Diffusoren (8, 12, 14) aufweisen, die radial außerhalb der Laufräder angeordnet sind, wobei jedes Laufrad und sein zugeordneter Diffusor eine Stufe bildet, wobei mindestens zwei dieser Diffusoren in Form von Diffusoren mit Flügeln vorliegen, welche Diffusoren mit Flügeln versehen sind, deren Vorderkanten an ihren Einlaßenden liegen, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden der Diffusoren mit Flügeln und das zugeordnete Laufrad das Folgende gilt:

h/R ≤ 0, 04

und r/R ≤ 1 + 3,3 h/R,

wobei h die axiale Höhe der Flügel, R der Radius des Laufradauslasses und r der Radius der Vorderkante des Diffusorflügels ist.

12. Verdichter nach Anspruch 11, bei dem zusätzlich zu den Stufen mit Diffusoren mit Flügeln mindestens eine Stufe mit einem flügellosen Diffusor vorhanden ist, der der Saugseite näher liegt als die Diffusoren mit Flügeln.

13. Verdichter nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, der einen Aufbaubetriebsauslaßdruck von mindestens 50 Atmosphären aufweist.

14. Verdichter nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem in jeder Stufe mit einem Diffusor mit Flügeln das Verhältnis des Auslaßradius der Flügel zum Einlaßradius der Flügel nicht größer als 1,2 ist.

15. Verdichter nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem in jeder Stufe mit einem Diffusor mit Flügeln die maximale Dicke jedes Flügels im Bereich zwischen 5 und 12 % der Sehnenlänge des Flügels liegt.

16. Verdichter nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem in jeder Stufe mit einem Diffusor mit Flügeln die Anzahl von Flügeln im Bereich von 10 bis 30 liegt.