DE838190C

DE838190C - Multi-stage centrifugal compressor

Info

Publication number: DE838190C
Application number: DENDAT838190D
Authority: DE
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Publication date: 1952-03-27

Description

Mehrstufiger Kreiselverdichter Die vorlivgendc 1?rtindung bezieht sich auf einen nwlirstutigeli Verslichter mit mindestens einer zwi- when zwei Stufen eingeschalteten Kühlvorrichtung und mit eitwin Laufrad in jeder Stufe, das an- nähernd die Forrn eines abgestumpften Kegels be- sitzt, Sie zeichnet sich dadurch aus, daß die Kühl- vorrichtung; innerhalb eines Ringraumes angeordnet. ist. .der eineruits durch die annähernd kegelstumpf- förinig @iiisgel>iltlete, die Laufradschaufeln einer Stuic umgelx#n<lc# 1't'anr.lung uml and'erersehs durch di: :lufrc#nwanilung,# des Gehäuses begrenzt ist. Hei mehrstufigen Verdichtern ist es erwünscht, da, zu fördernde Medi.urn zwecks Vermeidung von "I'eml>cr:tttirstei-gerttiigeii zwischen einzelnen Stufen zu kühlen. womit sich auch die Verdichtungsarbeit ht#rali:c tzen l::l.it. I 1e i bekannten Vorschlägen wird diese ZwischenkiNung in der Weise vorgenmmen, daB eine Kühlvorrichtung m-i-t einer der-mtitwendigen. Kühlleistung angepaßten Kühlfläche ah dem .Vei- <1ich#ter angebaut oder in einem gesonderten Gehäuse untergebracht wird. Solche Kühlvori@ichtuaigen sind mittels' Leitungen für das zu fördernde Medium zwischen je zwei Stufen des Verdichters ein- geschaltet. Es ist auch vongesehlagen .worden; die Kühlvorrichtungen unmittelbar in dis Verdichfungs-. gehäuse einzubauen, wobei man z. $. bei Radial- verdichtern die einzelnen Stufen des Laufrades in axialer Richtung weiter ausei!nanderschiebt, um die Kühlvorrichtungen zwischen die Stufen einfügen zu können. Bei einem anderen Vorschlag für. Radial- verdichter wird der Durchmesser' des zylindrischen, Gehäuses vergrößert.. wodurch die Länge: der Um-- lenkkanälr zwischen den einzelnen Stufen zunimmt urtdI'Iatz für die Artordnung vonKühlvorrichturngen entsteht.Multi-stage centrifugal compressor The vorlivgendc 1? Location refers to a nwlirsteigeli Verslichter with at least one intermediate when two stages turned on cooler and with eitwin impeller in every level, the different approaching the Forrn a truncated cone loading sits, it is characterized by the fact that the cooling contraption; arranged within an annular space. is. .the one suit through the almost truncated cone förinig @iiisgel> iltlete, the impeller blades one Stuic umgelx # n <lc # 1't'anr.lung uml and'erersehs through di:: lufrc # nwanilung, # of the housing is limited. In multi-stage compressors, it is desirable there, medi.urn to be promoted in order to avoid "I'eml> cr: tttirstei-gerttiigeii between individual stages to cool. with which also the compression work ht # rali: c tzen l :: l.it. I 1e i known proposals will make this intermediate note in such a way that that a cooling device with one of the necessary. Cooling capacity adapted cooling surface ah the. <1e mounted or in a separate housing is housed. Such cooling devices are essential by means of 'lines for the medium to be conveyed between two stages of the compressor switched. It has also been canceled; the Cooling devices directly in dis compression. to install the housing, z. $. with radial compress the individual stages of the impeller in further apart in the axial direction in order to Insert cooling devices between the steps too can. Another suggestion for. Radial- compressor will be the diameter of the cylindrical, Enlarged housing .. making the length: the um-- The directional channel between the individual stages increases urtdI'Iatz for the type order of cooling devices.

Bei allen diesen Ausführungsformen wird der durch die Zwischenkühlung gewonnene Vorteil durch eine Zunahme am Gröf@e und Gewicht erkauft. so <1a8 die 1#orderunl> nach einem kleinen urrd leichten \@erdiclttei gröbei er Lxisturtg in den meisten ],allem sticht erlüllt werden kann. ]iesonders widersi-n.nig wäre es aber, wenn man einen kleinen Ver-<lichterläufer für große Drehzahlen mit einem im Verhältnis zur Läufergröße iiberdimensiornierten Gehäuse umgeben wurde, um darin eine Kühlvorrichtung unterbringen zu können. Bei einem Verdichter nach der vorliegenden Erfindung, bei welchem das Laufrad jeder Stufe annähenrd kegelstumpfförmig ausgebildet ist, das also eine Form besitzt, wie sie sich für hohe .und höchste StwfertN druckverhältnisse eignet, entsteht zwischen einer die Laufradschaufelung unmittelbar umgebenden Zwischenwand und der Außenwandung des Gehäuses ein Ringrauen, in dem sich eine Kühlvorrichtung anordnen läßt, ohne daß hierdurch die äußeren Abnicvsungen des Gehäuses wesentlich vergrößert werden müssen.In all of these embodiments, the advantage gained by the intercooling is achieved bought by an increase in size and weight. so <1a8 die 1 # orderunl> after a little urrd slight \ @erdiclttei coarser he Lxisturtg in most ], all stings can be fulfilled. But it would be particularly contradictory if a small accelerator rotor for high speeds were to be surrounded by a housing that is oversized in relation to the rotor size in order to be able to accommodate a cooling device. In a compressor according to the present invention, in which the impeller of each stage is approximately frustoconical, that is, it has a shape that is suitable for high and extremely high pressure conditions, is created between an intermediate wall immediately surrounding the impeller blades and the outer wall of the housing a ring roughening in which a cooling device can be arranged without the outer bends of the housing having to be significantly increased as a result.

Vergleic1rsweise betragen die Abmessurlgerr, gleiche Leistung und gleiches Druckverhältnis vorausgesetzt, 3 m X 3 m X t m für einen Kolbenkompressor, i,8mXi,2mXi,2m füreinen langsam laufenden Radialverdichter und nur o,8 m X 0,8 m X 0,7 m für einen zweistufigen Verdichter gemäß der Erfindung. Derselbe eiertet sich insbesondere für die Preßtufterzeugung in Werkstätte,, Stahlwerken, Bergwerken sowie für die Treihgaserzeugung und zum Einbau in Gasturbinenanlagen, ferner für die Verdichtung voll Gasen und Dämpfen in chemischen Prozessen.By comparison, the dimensions, assuming the same output and the same pressure ratio, are 3 m X 3 m X tm for a reciprocating compressor, i, 8 mXi, 2mXi, 2 m for a slow-running centrifugal compressor and only 0.8 m X 0.8 m X 0.7 m for a two-stage compressor according to the invention. The same is used in particular for compressed air generation in workshops, steelworks, mines, as well as for gas generation and installation in gas turbine systems, as well as for the compression of gases and vapors in chemical processes.

Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind auf der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt .For example, embodiments of the subject matter of the invention are shown in FIG shown in the drawing, namely shows.

Fig. i eine erste Ausführungsform in einem Axialschnitt, Fig.2 eine zweite Ausführungsform in einem Axialschnitt und Fig. 3 eine Artsicht ihres Läufers bei abgedeckter Gehäusehälfte, teilweise nach der Linie I-I der Fig.2 geschnitten.Fig. I a first embodiment in an axial section, Fig.2 a second embodiment in an axial section and FIG. 3 a kind of view of its rotor when the housing half is covered, partially cut along the line I-I of FIG.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. i ist der Läufer i im Bereich der Schaufelurigen so ausgebildet, daß zwei annähernd kegelstumpfförmige Laufradkörper 2 und- 2' erbstehen..Die Schaufeln 3 und 3' sind so geformt, daß sie in den von der Laufradachse4 Nve4er entfernt liegenden Zonen @bezüg-. lieh senkrecht zur Laufradachse4 gelegten Schnitten radial gerichtet sifd.@Durch diese Form läßt sich erreichen, daß bei den geforderten hohen Umfangsgesc'hwiiid-igkeiten voll mindestens etwa 300 m/s, wie sie für hohe Stufendruckverhäl'hnisse nötig werden, zu den bedeutenden Fliehkraftbeastspruchungen i,n iden Schaufelre 3 Ulfe 3' keine zusätzlichen Biegespannungen hinzutreten. Der Läufer. ist beidseitig; an den Stellen 5 gelagert und auf der einen Seite mit der Antriebswelle 6 gekuppelt. Das Verdichtergehäuse setzt sich aus einem Eiülaufteiy.7, einem Umlenkteil 8 und der Austri.trsspira;le 9 zusammen. Der Um:lenkteil8 wird durch eine die Laufradschaufelung 3' unmittelbar umgebende Zwischenwand 8' gegen das Laufrad abgegrenzt, wodurch ein ]zingrautn entsteht, in welchen die hiihlvorricittung to eingebaut ist. 1..ct-r.tere besteht txispieis@@eis<- aus einer IZohrschlanl;e, der durch einen Einlaßstutzen 16 Kühlmittel zugeführt wird, .welches nach der Wärmeaufnahme vom geförderten Stoff das Verdichtergehäuse durch den Stutzen 1y wieder verläßt.In the embodiment according to FIG Zones @ refer-. Lent cuts perpendicular to the impeller axis4 and directed radially. @ This shape makes it possible to achieve at least about 300 m / s, as required for high stage pressure ratios, in addition to the important centrifugal forces with the required high circumferential rigidity i, n iden Schaufelre 3 Ulfe 3 'no additional bending stresses occur. The runner. is bilateral; stored at the points 5 and coupled to the drive shaft 6 on one side. The compressor housing consists of an inlet part 7, a deflection part 8 and the outlet spiral 9. The Um: lenkeil8 is delimited from the impeller by an intermediate wall 8 'immediately surrounding the impeller blades 3', whereby a] zingraun arises, in which the hiihlvorricittung to is built in. 1..ct-r.tere exists txispieis @@ eis <- from an IZohrschlanl; e that goes through an inlet connection 16 coolant is supplied, .which leaves the compressor housing again through the connection 1y after the absorption of heat from the conveyed substance.

Ebenso wie das Verdichtergehäuse zum Einbau des Laufrades zweiteilig ausgeführt sein muß, in der Fig. i ist dies -durch iverscbiedene Schraffur der gestern .und obern Sehnittflächen kenntlich gemacht, ist auch die Rohrschlange zu teilen. Zu diesem Zweck könnten beispielsweise die halbkreisförmhgen Hälften der Rohrwindungen an ihren Eiofen an Rohrböden befestigt und die so gebildeten Kühlerhälften für sich in die Gehäusehälften eingefügt werden. Es wäre auch denkbar, die Rohirschlange durch mehrere aus geraden Rohren gebildete Bündel zu ersetzen, wobei die Rohrbündel durch besondere Öffnungen im der Gehäusewand eingefügt werden körnten, welche durch gleichzeitig die Rohre zusammenfasserrde Deckel verschließbar wären .Just like the compressor housing for installing the impeller in two parts must be carried out, in Fig. i this is yesterday - due to various hatching . and marked above the cut surfaces, the pipe coil must also be divided. For this purpose, the semicircular halves of the pipe windings could, for example attached to their egg oven on tube sheets and the so formed cooler halves for themselves be inserted into the housing halves. It would also be conceivable, the Rohir snake to be replaced by several bundles formed from straight tubes, the tube bundle be inserted through special openings in the housing wall, which through at the same time the tubes would be closable together cover.

Das zu verdichtende 'feditim, z. ß. atmosphärische Luft, tritt in Richtung des Pfeils z i in die Schaufelurig 3 der ersten Stufe ein, wo es vorverdichtet und durch den Diffusor 12 in den Umlenkteil ß gefördert wird. Nach Durchströmen des Umlenkteils und der darin angeordneten Kühlvorrichtung 1o tritt der verdichtete Stoff in Riehtung des Pfeils 13 in die Schaufelurig 3' der zweiten Stufe ein und verläßt sie über eisten zweiten Diffusor 14 und die Austrittsspirale 9 durch den Stutzen z5, von welchem aus er den Verbrauchsstellen zugeführt werden kann. Das Verdichtergehäuse hat durch-die Anordnung der Kühlvorrichtung keine wesentliche Vergrößerung erfahren, denn sein größter Durchmesser ist durch den Umriß der Austrittsspirale9, seine axiale Länge durch den Abstand der Laufradkörper2 und 2' gegeben.The 'feditim' to be compressed, e.g. ß. atmospheric air, occurs in the direction of the arrow zi in the Schaufelurig 3 of the first stage, where it is pre-compressed and conveyed through the diffuser 12 in the deflection part ß. After flowing through the deflecting part and the cooling device 1o arranged therein, the compacted substance enters the scoop 3 'of the second stage in the direction of the arrow 13 and leaves it via a second diffuser 14 and the outlet spiral 9 through the nozzle z5, from which it is the Consumption points can be supplied. The compressor housing has not experienced any significant enlargement due to the arrangement of the cooling device, because its largest diameter is given by the outline of the outlet spiral9, its axial length by the distance between the impeller bodies 2 and 2 '.

Bei der zweistufigen Ausführungsforen nach den Fig. 2 und 3 .ist der Läufer 38 so ausgebildet, daß die Druckseiten beider Stufen gegeneinander gerichtet sind, wobei die Schaufelurig 39 zur Niederdruck- und die Schaufelurig 3c)' zur Hochdruckstufe gehört. Der Verdichter wird mit einer Drehzahl betrieben, bei welcher der Laufradumfang im Bereich der größten Durchmesser mit Überschal)geeeIlwitidigkeit umläuft. Bei solchen Umfangsgeschwindigkeiten werden die Schaufeln zur '\`et#minderung der Austrittsgeschwindigkeit der Strömung mit Vorteil derart gegen den Drehsinn rückwärts gekrümmt, daß sie am Austritt aus dem Laufrad mit der Tangente .to an den Umfang desselben eitlen Winkel a einschließen, dessen Cosinus größer als das Verhältnis der Geschwindigkeit der Strömung beim Austritt aus den Schaufelurigen 39 bzw. 39' zur doppelten Umfangsgeschwindigkeit des LaufradesimPiereichderAustrittskanteist. DerLäufet38 ist beidseitig bei i9 im N'erdicl-)tergeliäuse 2i gelagert und auf der einen Seite mit einer Antriebswelle 20 gekultpclt. Uer den Nieder.druckteil des Läufers 38 umschließen de Teil des Gehäuses 21 ist so auskeführt, claß der in lti£lltuiiz der Pfeile 22 sati!gte Stuf durch die -r_\%-nscheri den Schaufeln ,f9 iic@Tendett Katl:ile 23 in cleli DINusor 2.4 strömt uttd in hich;ung de_ Pfeils 2_# 111l ät:f.@crn C@eiläuse- IHllilr:itim 20 1121c11 ihnen weisend umgelenkt wir(l. "/.u diesem "Zweck ist außer der die Laufradsc:liailfelutig 39 unmittelbar umgehenden Zwischenwand .4 1 eine weitere lwisciienwand 42 vorgesehen, welche rttsainmeti finit der 7wi@sclieliwand 41 eine .1rt Trichter 27 für den Übertritt der Strömung in die durch die Wandungen der Diffuseren 24 entstehenden Kanäle 29 bilden. Durch die Kanäle 28 gelangt der Stoff in den ringförmigen Hohlraum 29 lies Gehäuses 21, welcher gegen den Läufer durch die Zwischenwand 43 abgegrenzt ist. Im Hohlraum 2<) wird die Strömung in Richtung der Pfeile 33 umgelenkt und dein Hochdruckteil des Verdichters itigeführt. Ike weiter verdichtete Stoff strömt zwischen <toll Schaufeln 39' hindurch in Richtung des Pfeils 3 i und durch den 1)iffusor 3o in die Spirale 32 und gelangt aus dieser über den Druckstlitzeil 34 zu den Verbrauchsstellen. .In the two-stage embodiment according to FIGS. 2 and 3, the rotor 38 is designed so that the pressure sides of both stages are directed towards one another, the blade 39 belonging to the low-pressure stage and the blade 3c) 'belonging to the high-pressure stage. The compressor is operated at a speed at which the impeller circumference revolves smoothly in the area of the largest diameter. At such circumferential speeds, in order to reduce the outlet speed of the flow, the blades are advantageously curved backwards against the direction of rotation in such a way that at the outlet from the impeller they enclose a vain angle a with the tangent to the circumference of the same, the cosine of which is greater is the ratio of the speed of the flow at the exit from the blades 39 or 39 'to double the circumferential speed of the impeller in the area of the exit edge. The barrel 38 is mounted on both sides at 19 in the N'erdicl-) tergeliäuse 2i and is cultivated on one side with a drive shaft 20. The part of the housing 21 enclosing the low pressure part of the rotor 38 is designed in such a way that the part of the arrows 22 in the direction of the arrow 22 sati! gte step by the -r _ \% - nscheri the shovels , f 9 iic @ Tendett Katl: ile 23 in cleli DINusor 2.4 flows uttd in hich; ung de_ Pfeils 2 _ # 111l ät: f. @ crn C @ eiläuse- IHllilr: ITIM 20 1121c11 facing them, we deflected (l "/.u this" end is out of the Laufradsc. Liailfelutig 39 directly bypassing intermediate wall .4 1 further lwisciienwand 42 provided which finit rttsainmeti the 7wi @ 41 sclieliwand a .1rt Form funnels 27 for the passage of the flow into the channels 29 created by the walls of the diffusers 24. Through the channels 28, the substance passes into the annular cavity 29 and housing 21, which is delimited from the runner by the partition 43 <) the flow is deflected in the direction of arrows 33 and your high-pressure part of the compressor is guided. The further compressed material flows between the blades 39 'in the direction of the arrow 3 i and through the 1) iffusor 3o into the spiral 32 and arrives therefrom via the pressure support part 34 to the consumption points. .

Die Ktählvorrichtung ist in zwei Teile aufgeteilt. Sie besteht hier beispielsweise aus einem Rohr 35, welches in konzentrischen Windungen in den ringförmigen 1tol11räumell2b und 29 angeordnet ist. Das wirft bei 36 i.11 das Rohr 35 eingeführt und tritt an der Stellk- 37 wieder aus. Durch die ial i# ig. 2 gezeigte besondere Ausbildung des l;clläusee 21 wird der zu fördernde Stoffgezwungen, die Beiden 'Peile der Kühlvorrichtung in entgegen-;;e4ctztem Sinn zu durchströmen. Hierdurch läßt .ich erreichen, daß er diejenigen Rohrwindungen kurz vor 1?intreteu in die Ilochdruckstufe durchströmt. Nvelclle da:, frische, also noch nicht erwäruntc Küflinittel enthalten. Die Rohrwindungen müssen auch 1>e1 dieser Ausführungsform geteilt w;rllen, um den Einbau des Laufrades zu ermöglichen.The cooling device is divided into two parts. It consists here, for example, of a tube 35 which is arranged in concentric turns in the annular 1tol11räumell2b and 29. This throws in the tube 35 at 36 i.11 and exits at the Stellk- 37 again. Through the ial i # ig. The special design of the lice 21 shown in FIG. 2, the substance to be conveyed is forced to flow through the two bearings of the cooling device in the opposite direction. In this way I can achieve that it flows through those pipe windings shortly before 1? Intreteu in the Iloch pressure stage. Nvelclle da: Contains fresh, i.e. not yet heated, coolant. The pipe coils must also be divided into 1> e1 in this embodiment in order to enable the impeller to be installed.

Die oben' beschriebenen Verdichter können sinngenliiß auch mit mehr als zwei Stufen ausgefährt werden, wtllmi 1>'eispielswei@@e zwei in Fig. 2 gezeigte Verdichter an ein zentrales Getriebe angeschlossen sein könnte, das von einer einzigen Antriebsmaschine angetrieben wird, so daß jedes der beiden Veidichte-raggregate mit der ihm günstigsten Drehzahl betrieben werden kann. Unter die F-rfirrdtmg fallen ebenfalls Ausführungsformen, bei welchen ein mehrstilfger Schleuderverdichter über eine erfin- dun-gsgciitäfi in diesen eingebaute kühlvorrichtung mit einer NXcitclrll @'erdiclituiigsstufe, hcispiel's«'eise alts Kolben- oder Drehkolbenverdichter ausgebildet, verbunden ist. Es wäre auch möglich, drei oder mehr Stufen. auf dem gleichen Läuferkörper vorzusehen, wolei die Kühlvorrichtungen entsprechend den beschriebenen Ausführungsformen in die jeweils vorhandenen Ringräume einzubauen wären. ..The compressors described above can also be operated with more than two stages; two compressors shown in FIG of the two compacting units can be operated at the most favorable speed. The F-rfirrdtmg also include embodiments in which a multi-stage centrifugal compressor via an inven- dun-gsgciitäfi in this built-in cooling device with an NXcitclrll @ 'earth level, hcig's «' ice alts piston or rotary lobe compressor is connected. It would also be possible to have three or more stages. to be provided on the same rotor body, where the cooling devices according to the embodiments described would have to be installed in the respective existing annular spaces. ..

Claims

PATENT CLAIM: i. Multi-stage compressor with at least one cooling device switched on between two stages and with an impeller in each stage which has approximately the shape of a truncated cone, characterized in that the cooling device is arranged within an annular space formed on the one hand by the approximately frustoconical wall surrounding the impeller blades of a stage and on the other hand is limited by the outer wall of the housing.

2. Ntehrstufiger compressor according to claim i, characterized in that the a stage downstream cooling device in the. Annular space is arranged, which surrounds the blades of the subsequent stage.

3. Multi-stage compressor after Claim i ,, characterized in that the switched on between two stages Cooling device is divided into two ring-shaped body parts, of which the. one the the first and the other surround the second of the two levels.

4. Multi-stage compressor according to claims i and 3, characterized in that its runner approximately two conical surfaces with a common base ailf, each of which has the shovel one of the two stages carries, and that the one switched on between the two stages Xiihlvorrichtvrng consists of two parts. About what. each surrounds one of the steps.