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Vielstufiger Verdichter mit radial beaufschlagten Schaufelgittern
Im Gegensatz zu Kreiselgebläsen, bei denen sich die Kühlung des zu verdichtenden
Mittels im Übergangsraum zwischen zwei Stufen zwanglos aus der Verdichterbauform
ergibt, muß man bei Verdichtern mit Schaufelgittern, insbesondere mit radial beaufschlagten
Schaufelgittern, auf die Stufenkühlung verzichten, da es hierfür an Platz fehlt.
Man muß statt dessen die Zwischenkühlung hinter eine Mehrzahl von Stufen verlegen
und kann das entweder in der Weise tun, daß man das zu kühlende Mittel aus der Maschine
heraus zu einem Zwischenkühler führt oder daß man nach neueren Vorschlägen den Zwischenkühler
im Verdichtergehäuse unterbringt, und zwar im Übergangsraum zwischen zwei Schaufelungsgruppen
mit radial beaufschlagten Schaufelgittern. Mit einem solchen Verdichter beschäftigt
sich die Erfindung. Das zu verdichtende Mittel durchströmt radial von innen nach
außen eine Mehrzahl von Schaufelgittern, tritt dann in einen Zwischenkühler über,
den es ebenfalls zunächst radial nach außen durchströmt, wird hinter der ersten
Kühlerabteilung umgelenkt, durchströmt die zweite Abteilung radial nach innen und
tritt dann in die zweite Gruppe von Schaufelgittern über, die es jetzt radial nach
innen durchströmt.
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Aus Gründen der Raumersparnis kann der Abstand zwischen dem letztenSchaufelgitter
und dem Zwischenkühler nicht völlig frei gewählt werden. Die Schaufeln des letzten
Gitters haben eine gewisse axiale Länge, die wesentlich geringer als die der zugeordneten
Abteilung des Zwischenkühlers ist. Tritt das zu kühlende Mittel aus dieser letzten
Schaufelreihe in den Zwischenkühlerraum über, so besitzt es die Form eines mehr
oder weniger geschlossenen, wenn sich
vielleicht auch etwas erweiternden
Strahles mit dem Ergebnis, daß die Kühlrohre des Zwischenkühlers, die sich an das
letzte Schaufelgitter anschließen, nur auf einem Teil ihrer Länge beaufschlagt,
also in ihrer Kühlwirkung nur schlecht ausgenutzt werden. Dies ist deshalb besonders
ungünstig, weil der an sich geringe Rauminhalt des Zwischenkühlers dann auch noch
schlecht ausgenutzt wird. Um hier günstigere Verhältnisse zu schaffen, wird gemäß
der Erfindung vorgeschlagen, hinter dieses letzte Schaufelgitter einen Leitkranz
mit einzelnen Kanälen zu legen, deren axiale Breite sich von der axialen Länge der
Schaufeln nach dem Austritt zu derart erweitert, daß auch die dem letzten Schaufelgitter
zunächst liegenden Kühlrohre im wesentlichen auf ihrer ganzen Länge beaufschlagt
werden.
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Es ist bereits darauf hingewiesen, daß der im Maschinengehäuse zur
Verfügung stehende Raum beschränkt ist. Es kann also Schwierigkeiten machen, innerhalb
des verhältnismäßig geringen radialen Abstandes der letzten Schaufelreihe von den
ersten Kühlrohren die Strömung genügend zu verbreitern. Man kann in solchen Fällen
den Strömungsweg dadurch verlängern und damit die Verbreiterung der Strömung erleichtern,
daß man innerhalb des Leitkranzes die Strömung in tangentialer Richtung umlenkt.
Der auf diese Weise erzielbare Strömungsweg zwischen letzter Schaufelreihe und Zwischenkühler
beträgt dann ein Mehrfaches von dem bei einfacher Radialströmung.
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Die vorstehenden Überlegungen zeigen, daß die neue Anordnung, die
man als einen Strömungsverbreiterer bezeichnen könnte, etwas anderes bedeutet als
die bekannten Diffusoren bei Kreiselgebläsen, welche die Aufgabe haben, die Strömungsgeschwindigkeit
des in der vorangehenden Stufe verdichteten Mittels in Druck umzusetzen. Eine solche
Umsetzung ist beim Gegenstand der Erfindung schon deshalb nicht unbedingt erforderlich,
weil die Geschwindigkeit innerhalb der einzelnen Stufen des Verdichters mit Schaufelgittern
verhältnismäßig gering ist. Es kommt vielmehr, um dies nochmals hervorzuheben, bei
der Erfindung darauf an, die Strömung nach dem Austritt aus dem letzten Schaufelgitter
derart zu verbreitern, daß die Zwischenkühlerrohre im wesentlichen auf ihrer ganzen
Länge beaufschlagt werden. Dabei ist es jedoch nicht ausgeschlossen, dem Strömungsverbreiterer
gleichzeitig die Aufgabe eines Diffusors zuzuweisen, sofern die Umsetzung der Geschwindigkeit
in Druck gewünscht wird. Da die Strömung in axialer Richtung verbreitert wird, kommt
man, wenn man den Leitkranz gleichzeitig als Diffusor ausbildet, zu der eigenartigen
Erscheinung, daß die Austrittsbreite der die Strömung tangential umlenkenden Kanäle
des Leitkranzes in Umfangsrichtung nicht zu-, sondern abnimmt.
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Während bei dem Eintritt des zu kühlenden Mittels in den Zwischenkühler
die Schaufellänge erheblich geringer als die Kühlerlänge ist, liegen strömungsmäßig
betrachtet beim Übertritt des Mittels aus dem Zwischenkühler in die erste Reihe
der nachfolgenden Schaufelgruppe gerade die umgekehrten Verhältnisse vor. Hier handelt
es sich darum, das Mittel von der großen axialen Länge des Zwischenkühlers auf die
wesentlich kleinere Länge der Schaufeln des ersten darauffolgenden Schaufelgitters
zu bringen. In diesem Falle ist es günstig, den erwähnten Strömungsverbreiterer
durch einen Strömungsverengerer zu ergänzen, d. h. durch einen in einzelne Kanäle
unterteilten Leitkranz, der vor diesem ersten Schaufelgitter angeordnet ist und
in dem die axiale Breite dieser Kanäle von der axialen Länge des Zwischenkühlers
bis annähernd auf die axiale Länge der Schaufeln des folgenden ersten Gitters verengt
wird.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Die Beschaufelung
ist in zwei Gruppen unterteilt, die beiderseits des Laufrades z angeordnet sind.
2 ist der Leitschaufelträger der ersten Gruppe, 6 der Leitschaufelträger der zweiten
Gruppe. Der Zwischenkühler ist -mit 5-, das Verdichtergehäuse mit 8 bezeichnet.
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Der Zwischenkühler q. umgibt die Schaufelgitter des Radialverdichters
gemäß Fig. z gleichachsig, und zwar in einem geringen eingezeichneten Abstand a.
Die Breite des Schaufelkanals b1 ist wesentlich kleiner als die Breite des Zwischenkühlers
b4. Um also von dem aus der ersten Schaufelungsgruppe bei b1 radial ausströmenden
verdichteten Medium die volle Breite b4 des Zwischenkühlers beaufschlagen zu lassen,
ist eine Verbreiterung der Strömung und, wie erwähnt, eine Vergrößerung des Strömungsweges
günstig. Diese wird erreicht durch einen besonderen Leitkranz 3, der die verdichtete
Luft gemäß Fig. g tangential ablenkt und sie in eine- kreisende Bewegung führt.
Die durch die Schaufeln des Kranzes 3 entstehenden Kanäle 8 sind außerdem so ausgebildet,
daß sie sich diffusorartig erweitern. Das zu kühlende, verdichtete Medium wird beim
Austritt aus der ersten Schaufelungsgruppe z bis 2 durch den diffusorartigen Leitkranz
3 erfaßt und gezwungen, den vollen Querschnitt b4 des Zwischenkühlers q. zu beaufschlagen.
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Der Leitkranz 3 ist an dem Leitschaufelträger z der ersten Schaufelungsgruppe
z bis -z befestigt.
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Die Luft beaufschlagt nunmehr den vollen Querschnitt des ersten Teils
des Zwischenkühlers q. und kehrt an der Stelle 7 ihre Strömungsrichtung um, um in
den zweiten Teil des Zwischenkühlers q. einzutreten. An dieser Stelle 7 wird zweckmäßig
das verdichtete Medium zur Umlenkung der Strömungsrichtung durch eine nicht eingezeichnete
Umlenkleitvorrichtung erfaßt und gezwungen, auch den der zweiten Schaufelungsgruppe
= bis 6 vorgelagerten Teil des Zwischenkühlers q. in vollem Querschnitt zu beaufschlagen.
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Beim Übertritt der Luft aus dem Zwischenkühler q. nach der Schaufelungsgruppe
z bis 6 soll auf kleinem Raum eine Querschnittsverengung geschaffen werden. Zu diesem
Zweck wird das verdichtete Medium nach Verlassen des Zwischenkühlers q. durch eine
weitere Leitvorrichtung 5 erfaßt und in eine für den Eintritt in den kleineren Querschnitt
der nächsten Schaufelungsgruppe x bis 6 des Radialverdichters günstige Strömung
gezwungen. Eswird anschließend an die letzte Kühlrohrreihe des Zwischenkühlers q.
ein Kranz von Leitblechen 5 angeordnet und dadurch eine Anzahl von Kanälen 9 geschaffen,
die durch tangentiale
Ablenkung des Mittels dessen Weg künstlich
verlängern und gleichzeitig die axiale Länge der Strömung von b3 auf b2 verkürzen.
Dabei ist die Leitvorrichtung5 am Zwischenkühler 4 befestigt.