DE913812C

DE913812C - Regelung von Turboverdichtern

Info

Publication number: DE913812C
Application number: DEW6864A
Authority: DE
Inventors: Hellmut Weinrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-10-07
Filing date: 1951-10-07
Publication date: 1954-06-21

Description

Regelung von Turboverdichtern Die Erfindung bezieht sich auf Turboverdichter und bezweckt, solche -Maschinen dahingehend zu verbessern, daß einerseits in einem größeren Regelbereich der bestmögliche Wirkungsgrad erreicht und andererseits die Pumpgrenze in das Gebiet einer kleineren Fördermenge verlagert wird. Dabei soll der Verdichter mit annähernd gleichbleibendem Förderdruck (s ic2,-:z:# const.), aber mit stark wechselnden Fördermengen arbeiten.
Zur Durchführung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der bekannten Unterteilung eines Turboverdichters in einen 1\Tiederdruck- und einen Hochdruckteil aus, die so angeordnet sind, daß sie mit verschiedenen Drehzahlen betrieben werden können. Bei einer solchen Bauart werden nun erfindungsgemäß die Drehzahlen des Niederdruck-und des Hochdruckteiles in entgegengesetztem Sinne verändert. Insbesondere wird die Regelung in der Weise durchgeführt, daß bei zunehmender Fördermenge die Drehzahl des Niederdruckteiles heraufgesetzt und die Drehzahl des Hochdruckteiles herabgesetzt wird, während bei abnehmender Fördermenge umgekehrt die Drehzahl des Niederdruckteiles heraufgesetzt und die Drehzahl des Hochdruckteiles herabgesetzt wird.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die nachstehende Beschreibung und die Darstellungen in der Zeichnung, von denen die schematisch angedeuteten Maschinenaggregate nur als Ausführungsbeispiele für die praktische An- Wendung der neuartigen Regelung zu gelten haben. Es zeigt Abb. i ein Fördermengen-Drehzahl-Diagramm, Abb. a bis 6 mehrere Anordnungen eines aus einem Niederdruck- und einem Hochdruckteil bestehenden Turboverdichters mit den zugehörigen Antriebs- und Regelorganen, Abb. 7 eine weitere Anordnung eines zweiteiligen Turboverdichters in Stirnansicht, Abb. 8 die gleiche Anordnung in Draufsicht und Abb. 9 einen Verdichterteil im Längsschnitt.
In Abb. r sind das Ansaugvolumen des Niederdruckteiles V1 und das Ansaugvolumen des Hochdruckteiles h2 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Niederdruckteiles nN aufgetragen. Man erkennt daraus, daß V1 sich überall in gleichem Sinn und Verhältnis mit der Drehzahl ändert, während V2 zunächst zu- und dann wieder abnimmt, also in einem gewissen Bereich sich im entgegengesetzten Sinn zur Drehzahl ändert. Durch diese Eigenschaften können beide Verdichterteile bei entsprechender Regelung ihrer Drehzahlen trotz Veränderung der Fördermenge den höchsten Wirkungsgrad beibehalten, weil das Verhältnis von Umfangsgeschwindigkeit zur Durchflußgeschwindigkeit bei ihnen annähernd konstant bleibt.
In Abb. z sind der Niederdruckteil NTl und der Hochdruckteil HV eines Turboverdichters auf getrennten Wellen angeordnet, die von je einer Turbine TN bzw. TH angetrieben werden. In der gemeinsamen Dampfzuleitung beider Turbinen befindet sich ein auf Gasdruck ansprechender Regler R1; außerdem ist in jeder zu der einen bzw. anderen Turbine führenden Zweigleitung ein weiterer Regler R2 bzw. R3 vorgesehen. Diese letzteren beiden Regler, die auf Fördermenge oder Gasentnahme des Verdichters ansprechen, sind derart miteinander gekuppelt, daß die Drehzahlen der beiden Antriebsturbinen jeweils in entgegengesetztem Sinne verändert werden.
Die Anordnung nach Abb. 3 unterscheidet sich nur dadurch von der vorhergehenden, daß die Antriebsturbine TH des Verdichterhochdruckteiles HV als Gegendruckturbine ausgebildet ist, deren Abdampf in eine Zwischenstufe der anderen Antriebsturbine TN des Verdichterniederdruckteiles Nil eingeführt wird.
Bei der Anordnung nach Abb. q. hat der Niederdruckteil Nh des Verdichters zwei Antriebsturbinen TN1, TN2, von denen die eine der anderen und gleichzeitig auch der Antriebsturbine TH des Hochdruckteils HV des Verdichters vorgeschaltet ist. Der auf Gasdruck ansprechende Regler R1 befindet sich in der Zuleitung der Vorschaltturbine TN1, während die beiden anderen miteinander gekoppelten Regler R2, R3 wieder den parallel geschalteten Turbinen TN2 bzw. TH zugeordnet sind.
Bei den nächsten Anordnungen nach Abb. 5 und 6 sind Elektromotoren als Antriebsorgane für den Verdichter vorgesehen, und zwar steht in beiden Fällen ein dauernd eingeschalteter, nicht regelbarer Motor Ml mit den Planetenrädern eines Umlaufgetriebes G1 in Verbindung. Durch je ein Übersetzungsgetriebe G2 bzw. G3 sind im einen Falle nach Abb. 5 ein Außenzahnkranz des Planetenradgetriebes mit dem Niederdruckteil Nh und sein Sonnenrad mit dem Hochdruckteil HV des Verdichters gekuppelt, während im anderen Falle nach Abb.6 die betreffenden Kupplungsverbindungen wechselseitig vertauscht sind.
Außerdem ist bei der Anordnung nach Abb. 5 für jeden Verdichterteil ein mit diesem auf der gleichen Welle sitzender Regelmotor M2 bzw. Ms vorgesehen. Diese beiden Motoren sind mit je einem auf Fördermenge oder Gasentnahme ansprechenden Regler, Schalter oder Polumschalter S2 bzw. S3 ausgerüstet. Bei der Anordnung nach Abb. 6 ist nur ein Regelmotor M2 mit zugehörigem Regler od. dgl. S2 vorhanden; dieser Motor befindet sich auf der Sonnenradwelle des Umlaufgetriebes und beeinflußt infolgedessen beide Verdichterteile bei entsprechender Drehrichtung im gewünschten entgegengesetzten Sinne.
Die Abb. 7 und 8 lassen eine für die erfindungsgemäße Regelung besonders zweckmäßige Verdichterbauart erkennen, nämlich je einen Axialverdichter AN und AH für den Niederdruck- bzw. Hochdruckteil. Zwischen den beiden Teilen des Verdichters ist ein Kühler K eingeschaltet. Die Anwendung der neuartigen Regelung bei Axialverdichtern ermöglicht einen horizontalen Verlauf der Druck-Volumen-Kennlinie über einen verhältnismäßig großen Bereich.
Da jedoch die letzten Stufen .eines vielstufigen Axialverdichters für hohe Drücke schon bei geringen Abweichungen vom theoretischen Betriebspunkt mit geringen Wirkungsgraden und Druckziffern arbeiten, empfiehlt sich das Nachschalten einer Radialstufe R mit anschließendem Spiralgehäuse S (vgl. Abb. 9).
Der Vorteil einer Radialstufe, die bei nicht in Achsenrichtung erfolgender Luftabführung in Betracht kommt, besteht zunächst darin, daß durch die Umlenkung eine mehrere Axialstufen ersetzende Drucksteigerung erreicht wird, so daß sich die damit verbundenen Verluste nicht nachteilig auf den Gesamtwirkungsgrad des Verdichters auswirken. Weiterhin wird in Folge der im Vergleich zu einer Axialstufe geringeren Empfindlichkeit einer Radialstufe bei Änderung des Durchflußvolumens gerade durch die Anwendung einer Radialstufe am Ende eines Axialverdichters die Druck-Volumen-Kennlinie noch flacher und damit der Bereich guter Wirkungsgrade noch mehr erweitert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Regelung von Turboverdichtern, die aus einem Nieder- und einem Hochdruckteil mit verschieden einstellbaren Drehzahlen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen eines annähernd gleichbleibenden Förderdruckes bei stark wechselnden Fördermengen die Drehzahlen des Niederdruck- und des Hochdruckteiles (NY bzw. HV) in entgegengesetztem Sinne verändert werden.
2. Regelung von Turboverdichtern nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei zunehmender Fördermenge die Drehzahl des Niederdruckteiles heraufgesetzt und die Drehzahl des Hochdruckteiles herabgesetzt wird, während bei abnehmender Fördermenge umgekehrt die Drehzahl des Niederdruckteiles herabgesetzt und die Drehzahl des Hochdruckteiles heraufgesetzt wird (Abb. i).
3. Turboverdichter, der gemäß Anspruch i und 2 geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verdichterteil (NTl, HV) von einer Turbine (TN, TH) angetrieben wird, wobei diese beiden Turbinen durch miteinander gekoppelte Regler (R2, R3) in Abhängigkeit von der Fördermenge oder Gasentnahme in dem betreffenden Sinne geregelt werden (Abb.2). q..
Turboverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsturbine eines Verdichterteiles, vorzugsweise des Hochdruckverdichters, als Gegendruckturbine ausgebildet ist, deren Abdampf in eine Zwischenstufe der Antriebsturbine des anderen Verdichterteiles hineingeleitet wird (Abb.3).
5. Turboverdichter, der gemäß Anspruch i und 2 geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Verdichterteil, vorzugsweise der Niederdruckverdichter, von einer Hochdruck-und einer Niederdruckturbine (TNi, TN2) und der andere Verdichterteil von einer Niederdruckturbine (TH) angetrieben wird, wobei der Abdampf der Hochdruckturbine den beiden Niederdruckturbinen über miteinander gekoppelte Regler (R2, R3) zugeführt, die in Abhängigkeit von der Fördermenge oder Gasentnahme in dem betreffenden Sinne geregelt werden (Abb. q.).
6. Turboverdichter, der gemäß Anspruch i und 2 geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verdichterteile über ein Verzweigungsgetriebe (G1) von einem gemeinsamen, mit konstanter Drehzahl laufenden Hauptmotor (M1) angetrieben werden, wobei die betreffende Drehzahlregelung der Verdichterteile durch einen oder mehrere Hilfsmotoren (M2, M3) erfolgt (Abb. 5, 6).
7. Turboverdichter, der gemäß Anspruch i und 2 geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruck- und der Hochdruckteil in Axialbauart mit je einer anschließenden Radialstufe und einem Spiralgehäuse ausgeführt sind (Abb. 7 bis 9).