DE1093040B

DE1093040B - Mehrstufiger Zentrifugalverdichter mit Roehren-Zwischenkuehler

Info

Publication number: DE1093040B
Application number: DESCH18999A
Authority: DE
Inventors: Joachim Kolbert
Original assignee: Schweizerische Lokomotiv und Maschinenfabrik AG (SLM)
Current assignee: Schweizerische Lokomotiv und Maschinenfabrik AG (SLM)
Priority date: 1955-10-31
Filing date: 1955-11-09
Publication date: 1960-11-17

Description

Mehrstufiger Zentrifugalverdichter mit Röhren-Zwischenkühler Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Zentrifugalverdichter mit Röhren-Zwischenkühler, dessen Rohre rings um die Verdichterachse und parallel zu ihr im Rückführraum von der ihm vorgeschalteten zur ihm nachgeschalteten Verdichterstufe angeordnet sind, also vom zu kühlenden Medium zur Verdichterachse hin umströmt werden.
Solche Kühler sind also an der Stelle angeordnet, an der sich bei ungekühlten Verdichtern die Rückführkanäle befinden. Diese Rückführkanäle sollen bekanntlich um des stoßfreien Eintritts ins nächste Laufrad willen an ihren Enden eine bestimmte, meistens eine genau radiale Strömungsrichtung ergeben. Solche bestimmte, d. h. über den ganzen Umfang gleiche Strömungsrichtung aber können die bekannten Kühler jener Art - es sind deren zwei voneinander verschiedene bekannt - nicht liefern oder nicht in genügender Weise liefern.
Denn bei dem einen jener bekannten Kühler sind die Rohre in zur Verdichterachse konzentrischen Reihen angeordnet mit von Reihe zu Reihe radial einwärts immer größerer Teilung, was über den ganzen radialen Strömungsweg hin gleichbleibenden lichten Strömungsquerschnitt, also gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit und daher geringsten Druckverlust des zu kühlenden Gases ergeben soll; aber das gibt einige ausgeprägte Rohrgassen von - das ist sein hier wesentlicher \Tachteil - am Kühleraustritt einander kreuzenden Richtungen, ergibt also Wirbel und eine größtenteils ungeordnete Strömungsrichtung am Kühleraustritt, also Schaufelstöße am Eintritt des nächsten Rades. Und beim anderen jener bekannten Kühler sind die Rohre in dem bei Kühlern um engster Rohrstellung willen allgemein üblichen Raster, nämlich in unter 60° sich kreuzenden geraden, einander parallelen Reihen angeordnet, und zwar ist dieser Raster über das ganze Rohrfeld des Kühlers hin ein und derselbe; und da solcher Raster bequeme, nämlich gerade Gassen nur parallel zu den Rohrreihen ergibt, da also das ringförmige Rohrfeld solche radialen Gassen nur an sechs Stellen des Umfangs bietet, nämlich nur dort, wo die Rohrreihen radial verlaufen, je ein Paar solcher Gassen bietet, so ist die Strömung aus dem Kühler ins nächste Laufrad nur an diesen sechs Stellen in der gewünschten Weise geordnet, aber an den übrigen Teilen des Umfangs mehr oder weniger ungeordnet und Ursache von Eintrittsstößen an den Schaufeln jenes nächsten Rades.
Dieser letztgenannte Kühler ist wenigstens etwas günstiger als jener erste; denn die aus seinen sechs genau radialen Paaren gerader Rohrgassen austretenden Gasstrahlen bilden, da sie weit schneller als die aus den anderen, nicht radialen Gassen austretenden und daher sich kreuzenden und bremsenden Gasströme sind, gewissermaßen Richtstrahlen, welche die übrigen Gasstrahlen radial zu richten helfen. Diese sechs Richtstrahlen zu verstärken, ist das Ziel der Erfindung.
Die Erfindung will an diesen sechs Stellen je eine zusätzliche Gasse schaffen, die breiter ist als die übrigen Gassen (diese sind beim 60°-Raster bekanntlich je der Rohrteilung).
Die Erfindung betrifft also einen Kühler der eingangs genannten Art, dessen Rohre in unter 60° einander kreuzenden, geraden, einander parallelen Reihen angeordnet sind, und besteht darin, daß das Rohrfeld des Kühlers in sechs einander gleiche Sektoren von 60° Zentriwinkel aufgeteilt ist, in deren jedem die Rohre in zur Mittellängsebene des Sektors senkrechten Reihen so angeordnet sind, daß die Achse des äußersten Rohres an jedem Ende jeder Rohrreihe eine halbe Rohrteilung von der den Sektor begrenzenden Längsebene Abstand hat, so daß also zwischen je zwei einander benachbarten Sektoren eine radial gerichtete Gasse von der vollen Breite der Rohrteilung vorhanden ist.
Durch diese zusätzlich breiten Gassen werden am Kühleraustritt die genau radialen Ströme verstärkt und die ungeordneten Ströme vermindert und besser radial gerichtet, werden also die Eintrittsstoßverluste im nachgeschalteten Laufrad vermindert.
Ein Verlust an Kühlwirkung ist dadurch nicht zu befürchten, denn die Kühlung ist bei dieser ja nicht sehr großen Verbreiterung der Gassen von 0,866 Teilung auf die volle Teilung erfahrungsgemäß fast die gleiche. Auch ein Mehrbedarf an Raum braucht nicht einzutreten, denn wohl ist jeder Rohrfeldsektor des erfindungsgemäßen Kühlers um 0,134 der Rohrteilung weiter von der Achse entfernt als beim bekannten Kühler, doch wird bei geeignet gewählter Rohranzahl jedes Sektors der die Sektoren umhüllende Kreis erfahrungsgemäß nicht größer. Die Gefahr, daß das Innere der Sektoren von staubhaltigem Gas etwas leichter verschmutzt wird, weil es von etwas geringerer Gasmenge durchströmt, also etwas weniger kräftig durchblasen wird als beim bekannten Kühler, ist gering.
Der bekannte Kühler ist in der waagerechten Achsebene geteilt. Das hat den Nachteil, daß an der Teilfuge die Rohre wegen der Flanschdicke um mehr als den Betrag einer Teilung voneinander entfernt sein müssen. Erfindungsgemäß empfiehlt sich daher, daß jeder Rohrboden die Form eines ungeteilten Kreisringes aufweist und die den Zwischenkühler aufnehmende Umleitkammer des Verdichtergehäuses an ihrer einen Stirnseite mit einem abnehmbaren Deckel verschlossen ist, so daß der Zwischenkühler in axialer Richtung ausgebaut werden kann.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt Fig.l einen Halblängsschnitt durch einen zweistufigen Zentrifugalverdichter, Fig.2 einen Halbquerschnitt durch den Zwischenkühler des Verdichters nach der Schnittlinie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch die eine Umlenkplatte des Zwischenkühlers nach der SchnittlinieIII-III der Fig. 1, Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch die andere Umlenkplatte des Zwischenkühlers nach der Schnittlinie IV-IV der Fig. 1.
Der allgemeine Aufbau des Zentrifugalverdichters geht aus Fig. 1 hervor. Im Gehäuse 1 des Verdichters ist die Welle 2 gelagert, auf welcher die Laufräder 3 und 4 der ersten und zweiten Verdichterstufe sitzen. Diese münden in die radial im Gehäuse angeordneten Diffusoren 5 und 6. In der von der ersten zur zweiten Stufe führenden Umleitkammer 7 befindet sich der ringförmige Zwischenkühler 8, dessen axial liegende Rippenkühlrohre 9 durch die Zu- und Ablaufleitungen 10 bzw. 11 von Kühlwasser durchflossen werden.
Über die Bauweise des Zwischenkühlers gibt Fig. 2 im Zusammenhang mit dem in Fig.1 gezeigten Längsschnitt genaueren Aufschluß. Die gerippten Kühlrohre 9 sind an ihren Enden in Bohrungen der beiden ungeteilten Rohrböden 15 eingewalzt und, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, zu Sektoren A bis F von 60° Winkelteilung gruppiert. Mit diesen Rohrböden sind die beiden Umlenkplatten 18, 19 wasserdicht verschraubt. In jedem der so gebildeten sechs Sektoren sind die Kühlrohre mit Teilung t in senkrecht zur Sektormittelebene stehenden Reihen angeordnet; die Rohre sind von Reihe zu Reihe um eine halbe Teilung gegeneinander versetzt, also im 60°-Raster angeordnet, der, wie oben als bekannt dargelegt, die dichteste Besetzung der Rohrfelder mit Rohren ermöglicht. Die beiden Rohrreihen an den Flanken je zweier unmittelbar nebeneinanderliegender Rohrfeldsektoren bilden eine radial gerichtete, ganz gerade Gasse; da die Rohre dieser Flankenreihen zweier aneinandergrenzender Sektoren jeweils in einer zur radialen Mittellinie der Gasse senkrechten, also in einer tangentialen Ebene nebeneinanderliegen, haben diese zwischen je zwei einander benachbarten Sektoren liegenden radialen Gassen die volle Breite der Rohrteilung.
Der Zirkulationsweg des Kühlwassers ist aus den Fig. 1, 3 und 4 ersichtlich. Wie bereits erwähnt, tritt es durch das am Umfang angeordnete Ringzuleitungsrohr 10 ein und wird dann durch die sechs Verteilrohre 16 je zu der innersten Ruhrreihe 17 der Rohrfeldsektoren geleitet. Durch diese hindurch gelangt es zu der linksseitigen ringförmigen Umlenkplatte 18. In dieser Umlenkplatte, die in Fig. 4 durch den SektorF im Schnitt dargestellt ist, wird dann das Kühlwasser in Umlenktaschen 20 zur nächstäußeren Rohrreihe geleitet. Von hier aus tritt es durch Umlenktaschen 21 der rechtsseitigen Umlenkplatte 19, die in Fig. 3 durch die Sektoren D und E gezeigt sind, in die nächstäußere Rohrreihe ein, um auf diese Weise nacheinander alle Rohrreihen im Gegenstrom zur Luft zu durchströmen und dann durch sechs Rückleitungsrohre 22 zu dem ringförmigen Ableitungsrohr 11 zu ge- langen.
Das zu verdichtende Medium, z. B. Luft, wird vom Laufrad 3 angesaugt, verdichtet und durch den Diffusor5 gedrückt, worauf es an der Gehäuseaußenwand umgelenkt wird. Darauf tritt die erwärmte Luft am Umfang in den Zwischenkühler 8 und durchströmt dabei das Kühlrohrgitter 9 von außen nach innen. Nach dem Verlassen des Kühlers wird die rückgekühlte Luft im Umlenkkana112 nach dem Lauf rad4 der zweiten Stufe geführt, in diesem weiter verdichtet, um dann durch den Diffusor 6 der Spirale 13 und von hier seinem Bestimmungsort zugeleitet zu werden.
Der mutmaßliche Verlauf der Luftströmung innerhalb eines Sektors ist im Sektor B durch Pfeile dargestellt. Man ersieht daraus, daß die Luft, wenn auch innerhalb der Rohrfeldsektoren in Wellenlinien und daher nicht rein radial, so doch durch die zwischen den einzelnen Sektoren gebildeten Gassen ganz gerade und rein radial strömt.
Zum Ausbau des Ringkühlers aus dem muldenförmigen Gehäuseraum müssen nach Wegnahme des Gehäusedeckels 24 lediglich die Wand 25 und das Laufrad 3 der ersten Verdichterstufe entfernt werden.

Claims

PATENTANSPR(TCHE: 1. Mehrstufiger Zentrifugalverdichter mit Röhren-Zwischenkühler, dessen Rohre rings um die Verdichterachse und parallel zu ihr im Rückführraum von der ihm vorgeschalteten zur ihm nachgeschalteten Verdichterstufe angeordnet sind, also vom zu kühlenden Medium zur Verdichterachse hin umströmt werden und in unter 60° einander kreuzenden, geraden, einander parallelen Reihen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrfeld des Kühlers in sechs einander gleiche Sektoren von 60° Zentriwinkel aufgeteilt ist, in deren jedem die Rohre in zur Mittellängsebene des Sektors senkrechten Reihen so angeordnet sind, daß die Achse des äußersten Rohres an jedem Ende jeder Rohrreihe eine halbe Rohrteilung von der den Sektor begrenzenden Längsebene Abstand hat, so daß also zwischen je zwei einander benachbarten Sektoren eine radial gerichtete Gasse von der vollen Breite der Rohrteilung vorhanden ist. 2. Verdichter nach Anspruch 1, bei dem die Enden der Kühlrohre in Bohrungen von Rohrböden befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rohrboden (15) die Form eines ungeteilten Kreisringes aufweist und die den Zwischenkühler (8) aufnehmende Umleitkammer (12) des Verdichtergehäuses (1) an ihrer einen Stirnseite mit einem abnehmbaren Deckel (24) verschlossen ist, so daß der Zwischenkühler (8) in axialer Richtung ausgebaut werden kann. 3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sektor (A bis F) des Kühlers eigene Kühlmittelzu- und -ableitungen (16 bzw. 22) besitzt, die je an einem gemeinsauren Kühlmittelein- bzw. -austritt (10 bzw. 11) angeschlossen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften, Nr. 296 871, 567 480; schweizerische Patentschriften Nr. 73 841, 88 630, 221383, 241273; Taschenbuch »Hütte«, 28. Auflage, 1955, Bd. 1, S. 499; Stodola, »Dampf- und Gasturbinen«, Verlag Springer, 6. Auflage, 1924, S. 745/746; Münzinger, »Dampfkraft«, Verlag Springer, 1949, S. 74/75.