DE102007048778A1 - Method for increasing the pressure for various working fluids - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verdichtungsverfahren, bei dem die Wirkprinzipien der Radial- und Axialverdichter in einer Prozessstufe ablaufen. Eine derartige technische Lösung wird in erster Linie im Bereich der Energiewirtschaft und im chemischen Anlagenbau benötigt. Bei der Verdichtung von Arbeitsfluid wird investive kinetische Energie durch verzögerte Strömung und Zentrifugalkraft in Druck umgewandelt. Die dabei entstehenden Verluste differieren je nach Bauart des Verdichters. In Abhängigkeit vom Massendurchsatz und dem benötigten Druckgefälle besitzen Radial- und Axialverdichter jeweils bauartbedingte Vorzüge. Axialverdichter arbeiten mit großen Durchsätzen bei relativ niedrigem Stufendruckgefälle, wogegen Radialverdichter bei geringeren Durchsätzen höhere Stufendruckgefälle erzielen. Das Entwicklungsniveau beider Verdichterarten ist sehr hoch. Dennoch fehlen besonders für kleinere und mittlere Anlagengrößen Verdichter, die zwischen dem Leistungsspektrum beider Verdichterarten liegen. Aufgabe der Erfindung ist, den Leistungsbereich abzudecken, der zwischen der effizienten Radial- und Axialverdichtung liegt.The invention relates to a compression method in which the active principles of the radial and axial compressors run in one process stage. Such a technical solution is needed primarily in the field of energy and chemical plant construction. In the compression of working fluid, kinetic energy is converted into pressure by delayed flow and centrifugal force. The resulting losses differ depending on the design of the compressor. Depending on the mass flow rate and the required pressure gradient, radial and axial compressors each have design-related advantages. Axial compressors operate at high flow rates at relatively low step pressure drop, whereas centrifugal compressors achieve higher step pressure drops at lower flow rates. The development level of both compressor types is very high. Nevertheless, especially for smaller and medium plant sizes compressors are missing, which lie between the power spectrum of both compressor types. The object of the invention is to cover the power range that lies between the efficient radial and axial compression.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verdichtungsverfahren, bei dem die Wirkprinzipien der Radial- und Axialverdichter in einer Prozessstufe ablaufen. Eine derartige technische Lösung wird in erster Linie im Bereich der Energiewirtschaft und im chemischen Anlagenbau benötigt.The The invention relates to a compacting method in which the principles of action run the radial and axial compressor in a single process stage. Such a technical solution is primarily used in the energy and chemical sectors Plant construction needed.

Bei der Verdichtung von Arbeitsfluids wird investive kinetische Energie durch verzögerte Strömung und Zentrifugalkraft in Druck umgewandelt. Die dabei entstehenden Verluste differieren je nach Bauart des Verdichters. In Abhängigkeit vom Massendurchsatz und dem benötigten Druckgefälle besitzen Radial- und Axialverdichter jeweils bauartbedingte Vorzüge. Axialverdichter arbeiten mit großen Durchsätzen bei relativ niedrigem Stufendruckgefälle, wogegen Radialverdichter bei geringeren Durchsätzen höhere Stufendruckgefälle erzielen. Tendenziell verbessert sich die Verdichtungseffiziens mit zunehmender Größe der Turbomaschinen. Das Entwicklungsniveau beider Verdichterarten ist sehr hoch. Dennoch fehlen besonders für kleinere und mittlere Anlagengrößen Verdichter, die zwischen dem Leistungsspektrum beider Verdichterarten liegen.at the compression of working fluids becomes investive kinetic energy delayed by flow and centrifugal force converted into pressure. The resulting Losses differ depending on the design of the compressor. Dependent on from the mass flow rate and the required pressure drop have radial and axial compressor each design-related benefits. axial compressor work with big ones throughputs at relatively low step pressure gradient, whereas radial compressor achieve higher step pressure drops at lower flow rates. The compression efficiency tends to improve with increasing Size of turbomachinery. The development level of both compressor types is very high. Still missing especially for smaller and medium plant sizes compressors, which lie between the performance spectrum of both compressor types.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, den Leistungsbereich abzudecken, der zwischen der effizienten Radial- und Axialverdichtung liegt.It It is therefore an object of the invention to cover the power range, which lies between the efficient radial and axial compression.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bis 3 gelöst. Danach wird das Arbeitsfluid axial angesaugt (1), radial in einem geschlossenen Kanal beschleunigt (2), im Rotor (3) umgelenkt (4), axial in ein Leitgitter (5) geblasen, dort entdrallt (6) und durch Verzögerung der Strömung (7) verdichtet. Die 1 ist zum besseren Verständnis ohne Außenhaut dargestellt. Hohe Drehzahlen erhöhen den Anteil der Druckerhöhung durch die Zentrifugalkraft und verbessern die Effizienz kleinerer Turbomaschinen. Sie erzeugen nachteilig hohe Reibungsverluste zwischen Rotor und Gehäuse, weswegen die Grenzschicht abgesaugt werden muss. Bei entsprechender Auslegung der Strömungskanäle lässt sich hiermit bei einem guten Stufendruckgefälle auch der Durchsatz erhöhen.The object is achieved according to the invention essentially by the characterizing features of claims 1 to 3. Thereafter, the working fluid is sucked in axially ( 1 ), accelerated radially in a closed channel ( 2 ), in the rotor ( 3 ) ( 4 ), axially into a guide grid ( 5 ), where it is de-twisted ( 6 ) and by delaying the flow ( 7 ) compacted. The 1 is shown without outer skin for a better understanding. High speeds increase the proportion of pressure increase due to the centrifugal force and improve the efficiency of smaller turbomachinery. They disadvantageously generate high friction losses between the rotor and the housing, which is why the boundary layer has to be extracted. With a suitable design of the flow channels can be hereby increase at a good step pressure gradient and the throughput.

11

axialer Eintritt des Arbeitsfluidsaxial Entry of the working fluid

22

radiale Beschleunigung im Strömungskanalradial Acceleration in the flow channel

33

Rotor (ohne Außenhaut dargestellt)rotor (without outer skin shown)

44

Umlenkung von radialer in axialer Strömungredirection from radial to axial flow

55

axiale Strömungaxial flow

66

Leitgitterguide grid

77

Diffusordiffuser

Claims (3)

Verfahren zur Druckerhöhung für diverse Arbeitsfluids, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid in einem Rotor (3) axial (1) angesaugt, radial (2) in einem geschlossenen Kanal beschleunigt, im Rotor umgelenkt und axial (4) ausgeblasen wird, dass der rotierende Arbeitsfluidstrom im Leitgitter (6) entdrallt und im Diffusor (7) verzögert wird.Method for increasing the pressure for various working fluids, characterized in that the working fluid in a rotor ( 3 ) axially ( 1 sucked, radially ( 2 accelerated in a closed channel, deflected in the rotor and axially ( 4 ) is blown out, that the rotating working fluid flow in the guide grid ( 6 ) and in the diffuser ( 7 ) is delayed. Verfahren zur Druckerhöhung für diverse Arbeitsfluids, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mehrstufig ausführbar ist.Method for increasing the pressure for various working fluids, thereby characterized in that the method is multi-stage executable. Verfahren zur Druckerhöhung für diverse Arbeitsfluids, dadurch gekennzeichnet, dass zur Senkung der Reibungsverluste die Grenzschicht des Rotorgehäuses abgesaugt wird.Method for increasing the pressure for various working fluids, thereby characterized in that to reduce the friction losses, the boundary layer of the rotor housing is sucked off.