DE970801C

DE970801C - Verfahren und Anordnung zur Erhoehung der Wirtschaftlichkeit mehrstufiger Turbokompressoren

Info

Publication number: DE970801C
Application number: DEG18003A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ernst Thomann
Original assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Current assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Priority date: 1955-09-20
Filing date: 1955-09-20
Publication date: 1958-10-30

Description

Verfahren und .Anordnung zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit mehrstufiger Turbokompressoren Mehrstufige Turbokompressoren können in der Praxis vielfach nur für eine begrenzte Tageszeit mit ihrer vollen Druckleistung ausgenutzt werden, während für die übrige Zeit ein etwa um die Hälfte geringerer Druck genügt. Wenn der Kompressor zu diesem Zweck mit entsprechend geringerer Drehzahl betrieben wird, so ergibt sich, abgesehen von der Notwendigkeit eines regelbaren Antriebes, ein vergleichsweise ungünstiger Wirkungsgrad.
Eine andere Möglichkeit zum Erreichen verschiedener Betriebsdrücke besteht darin, den Kompressor so auszubilden, daß seine Stufen wahlweise sämtlich hintereinander oder in zwei Gruppen parallel zueinander schaltbar sind. Dabei wird allerdings im letzteren Falle bei normaler Ansaugleistung ein vergleichsweise so geringer Enddruck erreicht, daß auch so die gestellten Forderungen nicht erfüllt werden können. Hinzu kommt noch, daß auch bei einer solchen Betriebsweise der Antriebsmotor während der Parallelschaltung nur mit einem verhältnismäßig geringen Teil seiner normalen Leistung belastet ist.
Um diese Mängel zu beseitigen und die gestellte Aufgabe in wirtschaftlich besserer Weise zu lösen, besteht die Erfindung darin, daß dem Kompressor bei Parallelbetrieb der Stufengruppen ein zusätzlicher Verdichter vorgeschaltet wird. Dieser Vorverdichter kann je nachdem, ob die parallel geschalteten Gruppen des Kompressors ein gleiches oder ungleiches Druckverhältnis haben, beiden Gruppen oder nur der Gruppe mit dem geringeren Druckverhältnis vorgeschaltet und dementsprechend für die ganze Ansaugmenge oder nur für einen Teil derselben' bemessen sein. Ferner kann. der Vorverdichter selbst ein- oder mehrstufig sein.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in zwei Ausführungsformen beispielsweise schematisch dargestellt.
Die Ausführung nach Fig. i bezieht sich auf einen Turbokompressor mit sechs Laufrädern i bis 6 auf einer gemeinsamen Welle 7. Die Laufräder haben in an sich bekannter Weise verschiedene Querschnitte, aber gleiche Außendurchmesser und sind zu je drei mit entgegengesetzten Eintrittsrichtungen angeordnet, so daß der Axialschub weitgehend aufgehoben ist.
Für den Normalbetrieb mit Hintereinanderschaltung aller sechs Laufräder sind eine zum Eintritt des Laufrades i führende Saugleitung 8, eine den Austritt des Laufrades 3 mit dem Eintritt des Laufrades q. verbindende Überströmleitung 9 mit eingeschaltetem Zwischenkühler io und eine vom Austritt des Laufrades 6 ausgehende Druckleitung ii vorgesehen.
Für den zeitweise notwendigen Parallelbetrieb von je drei Laufrädern i bis 3,bzw. 4 bis 6 dient als Vorschaltstufe'ein zusätzliches Kreiselgebläse 12, dessen Austritt über zwei Zweigleitungen 13, 14 einerseits an die zum Laufrad i führende Saugleitung 8 und andererseits an die zum Laufrad 4 führende Überströmleitung 9 angeschlossen ist. Außerdem ist eine Verbindungsleitung 15 zwischen dem Anfang der Überströmleitung 9 und der Druckleitung i i vorhanden.
Die jeweils richtige Führung des zu verdichtenden Mediums (Luft oder Gas) erfolgt mit Hilfe von Absperrorganen 16 bis 21 an den verschiedenen Verzweigungsstellen. Bei Hintereinanderschaltung aller Laufräder, d. h. bei sechsstufiger Verdichtung und abgeschaltetem Zusatzgebläse, sind die Organe 16, 18, 2o geöffnet und die Organe 17, 19, 21 geschlossen; umgekehrt ist es bei Parallelschaltung der beiden Laufradgruppen, d. h. bei vierstufiger Verdichtung.einschließlich des Zusatzgebläses. _ Die andere Ausführung nach Fig. 2 bezieht sich auf einen Turbokompressor mit ebenfalls sechs Laufrädern 22 bis 27 auf einer gemeinsamen Welle 28. Zum Unterschied von der ersten Ausführung werden aber hier zwei ungleiche Gruppen von vier bzw. zwei Laufrädern gebildet. Eine Saugleitung 29 führt zwar wieder zum Eintritt des ersten Laufrades 22, aber die für Hintereinanderschaltung aller Laufräder vorgesehene Überströmleitung 30 mit dem eingeschalteten Zwischenkühler 31 verbindet den Austritt des vierten Laufrades 25 mit dem Eintritt des fünften Laufrades 26. An den Austritt des letzten Laufrades 27 ist wieder eine Druckleitung 32 angeschlossen. .
Der nur bei Parallelschaltung der beiden Laufradgruppen des Kompressors in Betrieb zu nehmende Vorverdichter 33 ist in diesem Falle zweistufig ausgebildet; seine Austrittsleitung 34 mündet in die Überströmleitung 30 kurz vor dem Zwischenkühler 31. Außerdem ist wieder eine Verbindungsleitung 35 zwischen dem Anfang der überströmleitung 30 und der Druckleitung 32 vorhanden. Absperrorgane 36 bis 38 befinden sich im ersten Teil der überströmleitung vor dem Anschluß der vom Vorverdichter kommenden Leitung 34, in der letzteren und in der Zwischenleitung 35. Davon sind bei Hintereinanderschaltung aller Laufräder des Kompressors, d. h. bei sechsstufiger Verdichtung und abgeschaltetem Zusatzverdichter, die Organe 37, 38 geschlossen und das Organ 36 geöffnet, während es bei Parallelschaltung der beiden Laufradgruppen, d. h. bei beiderseits vierstufiger Verdichtung einschließlich des Zusatzverdichters, umgekehrt ist.
Auch mit der in Fig.2 gezeigten Ausführung läßt sich ein noch weitergehender Axialschubausgleich des Kompressors erreichen, indem das letzte Laufrad 25 der größeren Gruppe mit einer der kleineren Gruppe entsprechenden Einströmrichtung angeordnet wird. Im übrigen ist .die Erfindung auch bei Kompressoren mit einer ungeraden Zahl von Laufrädern anwendbar; dabei ist dann gegebenenfalls auch ein einstufiger Zusatzverdichter nur der einen Laufradgruppe vorzuschalten. Ferner können an Stelle eines Zwischenkühlers auch in an sich bekannter Weise mehrere Zwischenkühler vorgesehen sein.
Der wesentliche Vorteil besteht bei allen Ausführungen gemäß der Erfindung in der Erhöhung des Druckniveaus des Kompressors bei Parallelschaltung seiner Laufradgruppen, wodurch nicht nur sein eigener Wirkungsgrad erhöht, sondern auch sein Antriebsmotor besser ausgenutzt wird. Als zahlenmäßiges Beispiel kann angenommen werden, daß mit einer Ausführung nach Fig. i im Parallelbetrieb mit Hilfe des Vorverdichters 185 % der normalen Ansaugmenge auf den gewünschten Druck gebracht werden. Dabei wird der Hauptmotor für den Antrieb des Kompressors zu 950/9 seiner Normalleistung ausgenutzt, während für den Antriebsmotor des Vorverdichters ein zusätzlicher Leistungsbedarf von 350/0 erforderlich ist. Das bedeutet eine Leistungsersparnis von etwa 300/0. Für die Ausführung nach Fig. 2 liegen die Verhältnisse etwas anders; bei gleichen Anfangs- und Enddrücken käme man im Parallelbetrieb auf eine Ansaugmenge von i4o% und einen Leistungsbedarf von 83 0/a für den Kompressor sowie von 15 %, für den Vorverdichter.
Die Erfindung ist nicht nur bei solchen Kompressoren anwendbar, die eine gerade Stufenzahl haben oder in anderer Weise so, ausgebildet sind, daß sie in zwei Gruppen mit gleichem Druckverhältnis wahlweise parallel geschaltet werden können. Vielmehr läßt sich, durch Verwendung eines entsprechend ausgebildeten Vorverdichters auch bei allen anderen Ausführungen mehrstufiger Turbokompressoren eine Parallelschaltung .durchführen, wobei der Varverdichter immer zum Ausgleich der unterschiedlichen Druckverhältnisse der beiden parallel geschalteten Laufradgruppen dient.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit mehrstufiger Turbokompressoren, deren Stufen wahlweise sämtlich hintereinander oder in zwei Gruppen parallel zueinander schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kompressor bei Parallelbetrieb der Stufengruppen ein zusätzlicher Verdichter (12, 33) vorgeschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Turbokompressoren mit einander gleichem Druckverhältnis der parallel geschalteten Gruppen der Vorverdichter beiden Stufengruppen vorgeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Turbokompressoren mit einander ungleichem Druckverhältnis der parallel geschalteten Gruppen der Vorverdichter nur der Stufengruppe mit dem geringeren Druckverhältnis vorgeschaltet wird.
4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverdichter ein- oder mehrstufig ist.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverdichter einstufig und für das Ansaugvolumen beider Stufengruppen ausgelegt ist.
6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverdichter mehrstufig und für das Ansaugvolumen der Stufengruppe geringeren Druckverhältnisses ausgelegt ist.
7. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenkühler (31) vorgesehen ist, dessen Eintrittsstutzen wahlweise an die von der letzten Stufe (25) der ersten Stufengruppe oder an die von dem Vorverdichter (33) kommende Leitung (3o bzw. 34) angeschlossen werden kann. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 446 239, 810 420; deutsche Patentanmeldungen p 10328 D Ia/27c (bekanntgemacht 10. 5. 1951), G 7685 Ia/27c (bekanntgemacht 30. 4. 1953).