SE456687B

SE456687B - Centrifugal compressor with injection of a removable liquid

Info

Publication number: SE456687B
Application number: SE8206931A
Authority: SE
Inventors: H Lown
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1982-01-04
Filing date: 1982-12-03
Publication date: 1988-10-24
Also published as: SE8206931D0; JPH0434000B2; JPS58135400A; IT8224876A1; FR2519383B1; IT1155033B; DE3248440A1; IT8224876A0; FR2519383A1; SE8206931L; DE3248440C2

Description

456 687 ? skrivs en process för kompression av gas i en flerstegs- kompressor, i vilken förångbar vätska insprutas i komp- ressorns inlopp och även i förbindelsekanalen hos vart och ett av ett första antal kompressorsteg. Vätskan som insprutas i förbindelsekanalerna insprutas genom vätske- munstycken, endast ett par steg, belägna uppströms med avseende på kompressorns gasström. I Kompressorn enligt ovan nämnda patent lider av den nackdelen, att den endast uppnår en ganska begränsad för- ångningsgrad av vätskan som insprutas i kompressorns gas- ström. Detta har sin orsak i att vätskan sprutas in i ett låghastighetsområde i kompressorn, varvid följaktligen någon sönderdelning eller finfördelning av vätskan till mycket små droppar ej erhålles. Detta gäller speciellt vätskan som insprutas i kompressorns inlopp. Mycket små droppar krävs för att uppnå en hög förångningsgrad, efter- som ytan hos en sådan droppe är stor relativt droppens volym medförande att droppen snabbt kan absorbera värme och förângas. Den begränsade förångningen av den inspru- tade vätskan vid kompressorn enligt nämnda patent resul- terar i en begränsad reduktion av den effekt som tillföres kompressorn. Den begränsade förângningen resulterar även i att stora vätskedroppar träffar inre kompressordelar, så- som kompressorhjulet, och medför således en definitiv risk för allvarlig erosion av och allvarliga punktangrepp på dessa delar efter en relativt kort funktionstid. 456 687? a process for compressing gas in a multi-stage compressor is written, in which evaporable liquid is injected into the inlet of the compressor and also into the connecting channel of each of a first number of compressor stages. The liquid injected into the connecting channels is injected through liquid nozzles, only a few steps, located upstream with respect to the gas flow of the compressor. The compressor according to the above-mentioned patent suffers from the disadvantage that it only achieves a rather limited degree of evaporation of the liquid which is injected into the gas stream of the compressor. This has its cause in that the liquid is injected into a low speed range in the compressor, whereby consequently no decomposition or atomization of the liquid into very small droplets is obtained. This especially applies to the liquid that is injected into the compressor inlet. Very small droplets are required to achieve a high degree of evaporation, since the surface of such a droplet is large relative to the volume of the droplet, which means that the droplet can quickly absorb heat and evaporate. The limited evaporation of the injected liquid at the compressor according to the said patent results in a limited reduction of the power supplied to the compressor. The limited evaporation also results in large liquid droplets hitting internal compressor parts, such as the compressor wheel, and thus entails a definite risk of severe erosion of and severe point attacks on these parts after a relatively short operating time.

Om det är önskvärt att inspruta vätska från mun- styckena enligt det amerikanska patentet i kompressorns gasström ett lämpligt avstånd för att uppnå en godtagbar finfördelningsgrad därav lider denna kompressor av den nackdelen, att den kräver komplex apparatur för insprut- . ning av vätska i gasströmmen vid hög hastighet. Sådan hög hastighet är nödvändig till följd av det faktum, att vätskemunstyckena enligt patentet är orienterade mot flö- 3 desriktningen för gasströmmen. 456 687 3 Ett ändamål med föreliggande uppfinning är följaktligen att åstadkomma en anordning för användning i en flerstegs- kompressor av centrifugaltyp för direkt insprutning av för- ångbar vätska i gasströmmen hos kompressorn, som resulterar i en ökad förångning av den insprutade vätskan.If it is desired to inject liquid from the nozzles of the U.S. patent into the gas stream of the compressor a suitable distance to achieve an acceptable degree of atomization thereof, this compressor suffers from the disadvantage that it requires complex equipment for injection. liquid in the gas stream at high speed. Such a high velocity is necessary due to the fact that the liquid nozzles according to the patent are oriented towards the flow direction of the gas stream. Accordingly, an object of the present invention is to provide a device for use in a centrifugal type multistage compressor for direct injection of evaporable liquid into the gas stream of the compressor, which results in an increased evaporation of the injected liquid.

Ett annat ändamâlmed föreliggande uppfinning är att åstad- komma en anordning för användning i en flerstegskompressor av centrifugaltyp för direkt insprutning av en förångbar vätska i kompressorns gasström, som resulterar i en större reduktion av till kompressorn tillförd effekt. Ännu ett annat ändamålmed föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anordning för användning i en flerstegskom- pressor av centrifugaltyp för direkt insprutning av förång- bar vätska i gasströmmen hos kompressorn, som resulterar i reducerat punktangrepp och reducerad erosion av inre kom- pressordelar.Another object of the present invention is to provide a device for use in a centrifugal type multistage compressor for direct injection of an evaporable liquid into the gas stream of the compressor, which results in a greater reduction of power supplied to the compressor. Yet another object of the present invention is to provide a device for use in a centrifugal type multi-stage compressor for direct injection of evaporable liquid into the gas stream of the compressor, which results in reduced point attack and reduced erosion of internal compressor parts.

Ytterligare ett annat ändamâlmed föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anordning för användning i en flerstegs- kompressor av centrifugaltyp för direkt insprutning av för- ångbar vätska i kompressorns gasström, som ej kräver någon komplex anordning för insprutning av vätskan vid hög hastig- het i gasströmmen.Yet another object of the present invention is to provide a device for use in a centrifugal type multistage compressor for direct injection of evaporable liquid into the gas stream of the compressor, which does not require any complex device for injecting the liquid at high speed into the gas stream.

Andra ändamåloch fördelar framgår av följande beskrivning med tillhörande krav och_ritningar.Other objects and advantages will be apparent from the following description taken in conjunction with the appended claims and drawings.

Ovan nämnda mål uppnås enligt uppfinningen medelst en kompressor enligt ingressen till patentkrav 1, som karak- teriseras av att nämnda vätskeinmatningsorgan innefattar ett flertal vätskemunstycken inrättade att inspruta vätskan i form av ett flertal separata strålar direkt i gasströmmen i nämnda diffusor vid en hög relativ hastighet i förhållande till nämnda gasström och betydligt uppströms öm nämnda för- bindelsekanal,så att nämnda förångbara vätska finfördelas till små droppar till följd av verkan av gasströmmen från nämnda kompressorhjul och så att dropparna förångas i nämnda diffusor, att vart och ett av nämnda vätskemunstycken är så orienterat i förhållande till gasströmmen i nämnda dif- fusor att vinkeln mellan respektive vätskestrâle och nämnda gasström blir mellan ca 800 och ca 1000, och att vart och 456 687 ett av nämnda vätskemunstycken är beläget på ett radiellt avstånd från nämnda längdaxel som motsvarar en radie inom området ca 1,05-1,1 gånger den maximala radien för nämnda kompressorhjul. Övriga kännetecken för uppfinningen framgår av under- kraven. Uppfinningen i sig både avseende uppbyggnad och funktionssätt tillsammans med ytterligare ändamål och för- 'delar hos denna förstås emellertid bäst av följande be- skrivning med hänvisning till bifogade ritningar.The above object is achieved according to the invention by means of a compressor according to the preamble of claim 1, which is characterized in that said liquid supply means comprise a plurality of liquid nozzles arranged to inject the liquid in the form of a plurality of separate jets directly into the gas stream in said diffuser at a high relative speed. relative to said gas stream and substantially upstream of said connecting channel, so that said evaporable liquid is atomized into droplets due to the action of the gas stream from said compressor wheel and so that the droplets evaporate in said diffuser, that each of said liquid nozzles is so oriented in relation to the gas flow in said diffusers that the angle between the respective liquid jet and said gas flow becomes between about 800 and about 1000, and that each of said liquid nozzles is located at a radial distance from said longitudinal axis corresponding to a radius within the range about 1.05-1.1 times the maximum radius for mention then compressor wheels. Other features of the invention appear from the subclaims. The invention itself, however, both in terms of construction and mode of operation together with further objects and advantages thereof, is best understood from the following description with reference to the accompanying drawings.

Fig. 1 är en förenklad tvärsektionsvy genom en del av en konventionell flerstegskompressor av centrifugaltyp innefattande föreliggande uppfinning.Fig. 1 is a simplified cross-sectional view through a portion of a conventional centrifugal type multistage compressor embodying the present invention.

Fig. 2 är en detaljvy över en del av ett första steg hos flerstegskompressorn visad i fig. 1.Fig. 2 is a detail view of a portion of a first stage of the multi-stage compressor shown in Fig. 1.

Pig. 3 är en kurva illustrerandeförångsningshastigheten för vätskedroppar i förhållande till det radiella avstån- det för vätskemnnstycken hos kompressorn visad i fig. 1.Pig. 3 is a graph illustrating the evaporation rate of liquid droplets relative to the radial distance of liquid nozzles of the compressor shown in FIG.

Fig. 4 är en vy längs linjen 4-4 i figÄ 1 med dëlar avlägsnade vid den övre delen därav, illustrerande detal- jer hos det tredje steget i kompressorn enligt fig. 1.Fig. 4 is a view taken along line 4-4 of Fig. 1 with parts removed at the upper portion thereof, illustrating details of the third stage of the compressor of Fig. 1.

Fig. 1 visar en konventionell fyrstegskompressor av centrifugaltyp allmänt betecknad 10. Föreliggande upp- finning kan emellertid med fördel även tillämpas vid en kompressor med ett större eller-mindre antal steg. Kom- pressorn 10 är visad i förenklad form med stationära delar (exempelvis kompressorhuset) sektionerade i den ena rikt- ningen och roterbara delar sektionerade i den andra rikt- ningen. Gas som skall komprimeras tillföres kompressorn 10 genom ett inlopp 11 och passerar i en ström genom en passage 12 in i ett första flerbladigt kompressorhjul 14 förbundet med en roterbar axel 15. Såsom är känt kommer 456 687 den höga rotationshastigheten hos kompressorhjulet 14 att till följd av centrifugalkraften dirigera gasen från kompressorhjulet l4 in i en diffusor 17, som företrädesvis är av den skovellösa typen och vilken beskrives närmare nedan. Gasströmmen som komprimeras passerar genom en förbindelsekanal 18 och sedan genom en returkanal 19, vilken typiskt är försedd med rikt- ningskontrollerande ledskenor, såsom vid 20, för diri- gering av gasströmmen in i ett ytterligare flerbladigt kompressorhjul 21 representerande ett andra steg hos fyrstegskompressorn 10. På liknande sätt är ytterligare flerbladiga kompressorhjul 22 och 23, representerande kompressorns 10 tredje resp. fjärde steg, anordnade. De andra och tredje stegen hos kompressorn 10 innefattar och drar fördel av uppfinningen på väsentligen samma sätt som det första steget. En förståelse av något av de första, andra eller tredje'stegen ger således en förståelse av de första till tredje stegen. Vid studium endast av det första kompressorsteget innefattande komp- ressorhjulet 14 framgår att man enligt föreliggande upp- finning anordnar ett flertal vätskemunstycken 24, före- trädesvis utgörande vattenmunstyoken, som är kopplade till en vätskekälla via matarledningar 25, vilka var och en i sin tur är kopplad, exempelvis till en distributions- ledning 27, som i sin tur är kopplad till en icke visad vätskeförsörjningsanordning. Vart och ett av nämnda fler- tal vätskemunstycken 24 är inrättat att spruta in vätska i diffusorn 17 betydligt uppströms om förbindelsekanalen 18. Med uttrycket "betydligt uppströms“, såsom detta an- vänds häri, avses ett avstånd som åtminstone uppgår till ca. 20% av skillnaden mellan den maximala radien för diffusorn 17 (diskuterad nedan) och den maximala radien för kompressorhjulet 14.Fig. 1 shows a conventional four-stage compressor of the centrifugal type generally designated 10. However, the present invention can advantageously also be applied to a compressor with a larger or smaller number of stages. The compressor 10 is shown in simplified form with stationary parts (for example the compressor housing) sectioned in one direction and rotatable parts sectioned in the other direction. Gas to be compressed is supplied to the compressor 10 through an inlet 11 and passes in a stream through a passage 12 into a first multi-bladed compressor wheel 14 connected to a rotatable shaft 15. As is known, the high rotational speed of the compressor wheel 14 will due to the centrifugal force directs the gas from the compressor wheel 14 into a diffuser 17, which is preferably of the paddleless type and which is described in more detail below. The compressed gas stream passes through a connecting duct 18 and then through a return duct 19, which is typically provided with directional control rails, as at 20, for directing the gas stream into a further multi-bladed compressor wheel 21 representing a second stage of the four-stage compressor 10. Similarly, additional multi-bladed compressor wheels 22 and 23, representing the compressor 10's third and fourth step, arranged. The second and third stages of the compressor 10 comprise and benefit from the invention in substantially the same manner as the first stage. An understanding of any of the first, second or third steps thus provides an understanding of the first to third steps. When studying only the first compressor stage comprising the compressor wheel 14, it appears that according to the present invention a plurality of liquid nozzles 24 are arranged, preferably constituting water nozzles, which are connected to a liquid source via supply lines 25, each of which in turn is connected, for example to a distribution line 27, which in turn is connected to a liquid supply device (not shown). Each of said plurality of liquid nozzles 24 is arranged to inject liquid into the diffuser 17 substantially upstream of the connecting channel 18. The term "substantially upstream", as used herein, means a distance of at least about 20%. of the difference between the maximum radius of the diffuser 17 (discussed below) and the maximum radius of the compressor wheel 14.

Betydelsen av insprutning av vätska i diffusorn 17 betydligt uppströms om förbindelsekanalen 18 framgår bättre a- 456 ffâ? . vid studium av fig. 2, vilken är en detaljvy över det övre partiet av det första steget hos flerstegskomp- ressorn 10 visad i fig. l. Såsom är välkänt inom denna teknik är en diffusor så utförd, att den förmår om- vandla dynamiskt tryck eller kinetisk energi till sta- tiskt tryck. Som sådan ligger delningslinjen mellan diffusorn 17 och förbindelsekanalen 18 representerande den maximala radien för diffusorn 17 väsentligen såsom visas medelst den streokade linjen 28. Diffusorn 17 är en radialdiffusor, dvs. det tillgängliga utrymmet i diffusorn 17 ökar med ökande radiellt avstånd från axeln hos den roterbara axeln l5. Såsom indikeras medelst pilarna 29 är en gasström som undergår kompression i kompressorn 10 riktad från vänster mot höger förbi bladen 14' hos kompressorhjulet 14, genom diffusorn 17, genom förbindelsekanalen 18 och förbi de riktningskontrolle- rande ledskenorna 20 hos returkanalen 19. Eftersom diffu- sorn 17 är en radialdiffusor och kompressorhjulet 14 matar in gasströmmen 29 i diffusorn 17 med en hög rota- tionshastighet följer gasströmmen 29 i praktiken en spi- ralbana i diffusorn 17 och returkanalen 19, fastän detta ej direkt framgår av fig. 2 betraktad separat. Gas- strömmen 29 rör sig med.sin högsta hastighet, då den lämnar kompressorhjulet 14 och saktar sedan snabbt ned då den fortsätter radiellt in i diffusorn 17 till följd av bevarande av tröghetsmoment. Genom att vätskemun- styckena 24 är radiellt åtskilda i diffusorn 17 betyd-' ligt uppströms om förbindelsekanalen 18, dvs. i ett om- råde med relativt hög hastighet hos gasströmmen 29 upp- nås betydande fördelar.The importance of injecting liquid into the diffuser 17 significantly upstream of the connecting duct 18 is better seen a- 456 ffâ? . in the study of Fig. 2, which is a detail view of the upper portion of the first stage of the multi-stage compressor 10 shown in Fig. 1. As is well known in the art, a diffuser is designed to convert dynamic pressure or kinetic energy to static pressure. As such, the dividing line between the diffuser 17 and the connecting channel 18 representing the maximum radius of the diffuser 17 is substantially as shown by the dashed line 28. The diffuser 17 is a radial diffuser, i.e. the available space in the diffuser 17 increases with increasing radial distance from the axis of the rotatable shaft 15. As indicated by the arrows 29, a gas stream undergoing compression in the compressor 10 is directed from left to right past the blades 14 'of the compressor wheel 14, through the diffuser 17, through the connecting channel 18 and past the directional control rails 20 of the return channel 19. Since the diffuser 17 is a radial diffuser and the compressor wheel 14 feeds the gas stream 29 into the diffuser 17 at a high rotational speed, the gas stream 29 follows in practice a spiral path in the diffuser 17 and the return duct 19, although this is not directly apparent from Fig. 2 considered separately. The gas stream 29 moves at its highest speed as it leaves the compressor wheel 14 and then slows down rapidly as it continues radially into the diffuser 17 due to the preservation of moments of inertia. Because the liquid nozzles 24 are radially separated in the diffuser 17 considerably upstream of the connecting channel 18, i.e. in an area with a relatively high speed of the gas stream 29, significant advantages are achieved.

Exempelvis kommer de strålar av vätska som sprutas in medelst nämnda munstycken 24 i gasströmmen 29 att effektivt sönderdelas eller finfördelas till extremt fina droppar. Såsom angivits ovan gäller att ju mindre en droppe är desto snabbare kan den absorbera värme och för- 456 687 ångas. Faktiskt är förångningshastigheten vid en acceptabel approximationsgrad direkt beroende på storleken hos en droppe, dvs. omvänt proportionell mot droppens diameter.For example, the jets of liquid injected by means of said nozzles 24 into the gas stream 29 will be effectively decomposed or atomized into extremely fine droplets. As stated above, the smaller a drop, the faster it can absorb heat and vaporize. In fact, the evaporation rate at an acceptable degree of approximation is directly dependent on the size of a drop, i.e. inversely proportional to the diameter of the drop.

Storleken hos en droppe är i sin tur relaterad till den relativa hastigheten mellan en droppe och gasströmmen 29, dvs. storleken beror på kvadraten på denna relativa hastig- het. Eftersom den relativa hastigheten primärt beror på hastigheten hos gasströmmen 29, då hastigheten hos den in- sprutade vätskan är jämförelsevis låg, och gasströmmens 29 hastighet varierar omvänt proportionellt mot det radiella avståndet för vätskemunstyckena 24, kan förhållan- det mellan storleken hos en droppe och följaktligen dennas förångningshastighet och det radiella avståndet för vätske- munstyckena 24 illustreras grafiskt såsom i fig. 3._ Uppfinningen mer ej endast en ökad förångningshastig- het utan ökar även väsentligt varaktigheten hos förångning- en, varigenom en ytterligare försäkran om fullständig för- ångning uppnås. Den ökade varaktigheten hos förångningen erhålles till följd av den långa, spiralformade banan som vätskedropparna i gasströmmen 29 (fig. 2) måste passera under sin bana från insprutningspunkten vid munstyckena 24 till nästa steg hos kompressorn 10. Följande tvâ faktorer arbetar således tillsammans för att markant förbättra den totala förångningen vid det korta radiella avståndet för vätskemunstyckena 24 i enlighet med föreliggande upp- finning: (l) finfördelning av insprutad vätska till extremt fina droppar, varigenom dessas förångningshastighet markant ökas (se fig. 3); och (2) markant ökning av varaktigheten eller uppehâllstiden för dropparna i gasströmmen 29 (fig. 2).The size of a droplet is in turn related to the relative velocity between a droplet and the gas stream 29, i.e. the size depends on the square of this relative velocity. Since the relative velocity depends primarily on the velocity of the gas stream 29, when the velocity of the injected liquid is comparatively low, and the velocity of the gas stream 29 varies inversely proportional to the radial distance of the liquid nozzles 24, the ratio of the size of a drop and consequently its evaporation rate and the radial distance of the liquid nozzles 24 are graphically illustrated as in Fig. 3. The invention not only increases the evaporation rate but also significantly increases the duration of the evaporation, thereby achieving a further assurance of complete evaporation. The increased duration of evaporation is obtained due to the long, helical path that the liquid droplets in the gas stream 29 (Fig. 2) must pass during their path from the injection point at the nozzles 24 to the next stage of the compressor 10. The following two factors thus work together to markedly improve the overall evaporation at the short radial distance of the liquid nozzles 24 in accordance with the present invention: (1) atomizing injected liquid into extremely fine droplets, thereby significantly increasing their evaporation rate (see Fig. 3); and (2) markedly increasing the duration or residence time of the droplets in the gas stream 29 (Fig. 2).

Den markant överlägsna förångningen som uppnås medelst uppfinningen har betydande följder för kompressorns lO prestanda och livslängd. Man erhåller en signifikant förbättring avseende reduktionen av effekttillförseln till kompressorn 10 och temperaturen hos gasströmmen 29 hålls 456 687 såsom önskas nere. Kompressorns l0 inre delar, såsom flerbladskompressorhjulen 20, 22 och 23, utsätts nu praktiskt taget ej för någon risk avseende punktangrepp och erosion till följd av ej förångade vätskedroppar som träffar desamma vid hög hastighet.The markedly superior evaporation achieved by the invention has significant consequences for the performance and service life of the compressor 10. A significant improvement is obtained regarding the reduction of the power supply to the compressor 10 and the temperature of the gas stream 29 is kept down 456 687 as desired. The inner parts of the compressor 10, such as the multi-blade compressor wheels 20, 22 and 23, are now practically not exposed to any risk of point attack and erosion due to non-evaporated liquid droplets hitting them at high speed.

-En ytterligare fördel med vätskemunstyckena 24 radiellt förskjutna'i diffusorn l7, så att de blir be- lägna betydligt uppströms om förbindelsekanalen 18 är den stegvisa tryckförstärkningen som uppnås för komp- ressorstegen till följd av en momentändring, som hör sam- man med värmeextraktion från eller kylning av vätske- droppar som rör sig med hög hastighet. Sådan kylning ökar med ökande vätskeförângningshastighet och ökad hastighet, vilka båda uppträder vid litet radialavstånd för vätske- munstyckena 24. Den uppnåbara stegvisa tryckförstärkningen antas uppgå till åtminstone två eller tre procent av komp- ressorstegets tryckförstärkning vid frånvaro av kylning. _ Såsom upptäckts av uppfinnaren i detta ärende skall det radiella avståndet för vätskemunstyckena 24 överstiga ca. 1,05 gånger den maximala radien för kompressorhjulet 14, då man annars erhåller instabiliteter i gasströmmen 29 som utmatas från kompressorhjulet 14.A further advantage of the liquid nozzles 24 radially displaced in the diffuser 17, so that they are located considerably upstream of the connecting channel 18, is the stepwise pressure gain achieved for the compressor stages due to a torque change associated with heat extraction from or cooling of liquid droplets moving at high speed. Such cooling increases with increasing liquid evaporation rate and increased velocity, both of which occur at a small radial distance for the liquid nozzles 24. The achievable stepwise pressure gain is assumed to amount to at least two or three percent of the compression stage pressure gain in the absence of cooling. As discovered by the inventor in this case, the radial distance of the liquid nozzles 24 should exceed approx. 1.05 times the maximum radius of the compressor wheel 14, otherwise instabilities are obtained in the gas stream 29 discharged from the compressor wheel 14.

Med referens åter till fig. 2 illustreras en annan aspekt av uppfinningen. Vätskemunstyckena 24 är oriente- rade normalt eller vinkelrätt mot gasströmmen 29. Detta möjliggör för vätskan som tillföres munstyckena 24 att sprutas in i gasströmmen 29 med en låg hastighet, exempel- vis 15 m per sekund, till följd av att den insprutade vätskan är riktad tvärs igenom gasströmmen 29. Den inspru- tade vätskan kan således enkelt tränga igenom gasströmmen 29 för åstadkommande av optimal finfördelningsgrad. Den insprutade vätskan skall emellertid ej medges träffa den högra väggen hos diffusorn 17, då man i så fall kan er- hålla dålig finfördelning av vätskan. Då endast ett vätske- flöde med låg hastighet behöver sprutas in genom vätska- @4s6 687 munstyckena 24, då dessa är orienterade vinkelrätt mot gasströmmen 29, kan vätsketillförselorganen (ej visade) för insprutning av vätska ha enkel konstruktion. Denna fördel erhålles även vid en tolerans i orienteringen av vätskemunstyckena 24 på ca. 100 från en riktning vinkel- rät mot gasströmmen 29.Referring again to Fig. 2, another aspect of the invention is illustrated. The liquid nozzles 24 are oriented normally or perpendicular to the gas stream 29. This enables the liquid supplied to the nozzles 24 to be injected into the gas stream 29 at a low speed, for example 15 m per second, as a result of the injected liquid being directed transversely through the gas stream 29. The injected liquid can thus easily penetrate the gas stream 29 to achieve an optimal degree of atomization. However, the injected liquid must not be allowed to hit the right wall of the diffuser 17, in which case poor atomization of the liquid can be obtained. Since only a low velocity liquid flow needs to be injected through the liquid nozzles 24, as these are oriented perpendicular to the gas stream 29, the liquid supply means (not shown) for injecting liquid may have simple construction. This advantage is also obtained with a tolerance in the orientation of the liquid nozzles 24 of approx. 100 from a direction perpendicular to the gas flow 29.

Med referens till fig. 4 illustreras ytterligare en aspekt av uppfinningen. Fig. 4 är en vy längs linjen 4-4 i fig. l och delvis uppskuren för att exponera matar- ledningarna 32 och placeringen av vätskemunstyckena 30 och har förenklats genom utelämnandet av ledskenorna i returkanalen 26. Denna ytterligare aspekt av uppfinningen illustreras i fig. 4 avseende det tredje steget i komp- ressorn, vilket innefattar kompressorhjulet 22. Denna ytterligare uppfinningsmässiga aspekt avser antalet och placeringen av ett flertal vätskemunstycken 30 (motsvarande munstyckena 24 i det första kompressorsteget), vilka är kopplade till ett vätskematningsorgan (ej visat) via en distributionsledning 31 och matarledningar 32. Antalet munstycken 30 ligger företrädesvis mellan 6 och 12, varvid 8 representerar den bästa utföringsformen vid tillämpning av uppfinningen. Munstyçkena 30 är företrädesvis anordnade axelsymmetriskt omkring axelns 15 längdaxel. föregående antal och placering av nämnda flertal munstycken 30 ut- nyttjar tillfullo den tillgängliga gasströmmen i komp- ressorn 10 för förångning av vätskedroppar.With reference to Fig. 4, a further aspect of the invention is illustrated. Fig. 4 is a view taken along line 4-4 of Fig. 1 and partially cut away to expose the supply lines 32 and the location of the liquid nozzles 30 and has been simplified by the omission of the guide rails in the return channel 26. This further aspect of the invention is illustrated in Figs. 4 regarding the third stage of the compressor, which comprises the compressor wheel 22. This further inventive aspect relates to the number and location of a plurality of liquid nozzles 30 (corresponding to the nozzles 24 in the first compressor stage), which are connected to a liquid supply means (not shown) via a distribution line 31 and supply lines 32. The number of nozzles 30 is preferably between 6 and 12, 8 representing the best embodiment in the practice of the invention. The nozzles 30 are preferably arranged shaft-symmetrically about the longitudinal axis of the shaft 15. the foregoing number and location of said plurality of nozzles 30 make full use of the available gas flow in the compressor 10 for evaporating liquid droplets.

Fler eller färre vätskemunstycken än det föredragna antalet vätskemunstycken som just beskrivits kan utnyttjas vid uppfinningen. En övre gräns på antalet vätskemun- stycken erhâlles till följd av reducerade diametrar hos dessas hål, vilka tenderar att sättas igen av föroreningar i vätskan som insprutas genom munstyckena. Ett lägre antal munstycken än det lägsta föredragna antalet (dvs. 6) re- sulterar i att man ej tillfullo utnyttjar den tillgängliga gasströmmen i kompressorn 10 för förångning av vätske- *fl -. 45sges7 10 droppar. Vissa fördelar erhålles emellertid alltjämt.More or fewer liquid nozzles than the preferred number of liquid nozzles just described can be used in the invention. An upper limit on the number of liquid nozzles is obtained due to reduced diameters of their holes, which tend to be clogged by contaminants in the liquid injected through the nozzles. A lower number of nozzles than the lowest preferred number (i.e. 6) results in not fully utilizing the available gas flow in the compressor 10 for evaporation of liquid. 45sges7 10 drops. However, some benefits are still obtained.

Vid den bästa utföringsformen för tillämpning av uppfinningen innefattar kompresscrn en för en industriell process avsedd värmepump, varvid det föredrages att den förångbara vätskan som insprutas i gasströmmen i komp- ressorn innefattar vatten och det radiella avståndet för vätskemunstyckena 24 ligger inom området ca. 1,05 till l,l gånger den maximala radien för kompressorhjulet 14, varvid den övre delen av detta område föredrages spe- ciellt. Detta område är baserat på en kompressor med ett tryckförhållande per steg inom området från ca. 1,4 till 1,6 och med en spetshastighet hos kompressorhjulet per steg inom området från ca. 275 till 335 m per sekund. De fördelaktiga effekterna enligt uppfinningen uppnås emeller- tid vid radiella avstånd för vätskemunstyckena 24 som överstiger det ovan angivna området mellan 1,05 och 1,1, förutsatt att kompressorsteget arbetar med spetshastig- heter för kompressorhjulet väsentligt högre än de ovan angivna spetshastigheterna.In the best embodiment for the application of the invention, the compressor comprises a heat pump intended for an industrial process, it being preferred that the evaporable liquid injected into the gas stream in the compressor comprises water and the radial distance of the liquid nozzles 24 is in the range approx. 1.05 to 1.1 times the maximum radius of the compressor wheel 14, with the upper part of this range being especially preferred. This range is based on a compressor with a pressure ratio per step in the range from approx. 1.4 to 1.6 and with a peak speed of the compressor wheel per step in the range from approx. 275 to 335 m per second. However, the beneficial effects of the invention are achieved at radial distances of the liquid nozzles 24 exceeding the above range between 1.05 and 1.1, provided that the compressor stage operates at peak velocities of the compressor wheel substantially higher than the above-mentioned tip speeds.

Sådana värmepumpar erhåller en ökad funktion ej endast till följd av förbättrad förângning av injicerat vatten i värmepumpen men även till följd av ökat massflöde av ånga i värmepumpens utlopp.Such heat pumps obtain an increased function not only as a result of improved evaporation of injected water in the heat pump but also as a result of increased mass flow of steam in the heat pump outlet.

- Fastän endast vissa föredragna egenskaper hos upp- finningen har visats ur illustrationssynpunkt kan många modifikationer och ändringar ske av fackmannen inom om- rådet. Exempelvis kan kompressorn 10 av centrifugaltyp kombineras med en kompressor av axialtyp. Tillhörande patentkrav är följaktligen avsedda att täcka de före- gående och alla sådana modifikationer och ändringar som faller inom ramen för uppfinningen.Although only certain preferred features of the invention have been shown from an illustrative point of view, many modifications and alterations may be made by those skilled in the art. For example, the centrifugal type compressor 10 may be combined with an axial type compressor. Accordingly, the appended claims are intended to cover the foregoing and all such modifications and alterations as fall within the scope of the invention.

Claims

456 687 11 Patent claims

A compressor comprising a housing, a rotatable shaft (15) mounted in said housing and a plurality of successive compressor stages located along the longitudinal axis of the rotatable shaft, at least one of said compressor stages comprising a multi-bladed compressor wheel (14) rotatable together with said rotatable shaft (15), a diffuser (17) arranged to receive a gas stream from said compressor wheel, a connecting channel (18) arranged to receive the gas stream from said diffuser, and means (24; 30) for feeding evaporable liquid into the gas stream, characterized by said liquid inlet means (24; 30) comprising a plurality of liquid nozzles (24; 30) arranged to inject the liquid in the form of a plurality of separate jets directly into the gas stream in said diffuser (17) at a high relative velocity relative to said gas stream and significantly upstream of said connecting channel (18), so that said evaporable liquid is atomized into droplets due to the action of the gas stream from n said compressor wheel (14) and so that the droplets evaporate in said diffuser (17), that each of said liquid nozzles (24:30) is oriented in relation to the gas flow in said diffuser (17) that the angle between the respective liquid jet and said gas flow being between about 800 and about 1009, and that each of said liquid nozzles (24; 30) is located at a radial distance from said longitudinal axis corresponding to a radius in the range of about 1.05-1.1 times the maximum radius of said compressor wheel (14).

A compressor according to claim 1, characterized in that said plurality of liquid nozzles (24; 30) are arranged approximately axially symmetrically about said axis (15). 456 687 v 12

A compressor according to claim 1 or 2, characterized in that said plurality of liquid nozzles (24; 30) comprise from 6 to 12 liquid nozzles.

Compressor according to claim 1, characterized in that said liquid nozzles (24:30) are positioned relative to said shaft (15) so that liquid injected therethrough into the gas stream is substantially completely evaporated before it reaches the compressor wheel ( 14) at an upcoming compressor stage.

5. A compressor according to claim 1, characterized in that said plurality of liquid nozzles (24:30) comprise eight liquid nozzles.

Compressor according to claim 5, characterized in that each of said liquid nozzles (24; 30) is located at a radial distance from said axis which corresponds to a radius of about 1.1 times the maximum radius of said compressor wheel (14).

7. A compressor according to claim 1, characterized in that said liquid nozzles (24; 30) are intended for water.