DE1503512C3 - Vorrichtung zur Pumpverhütung bei einem Kreiselverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Pumpverhütung bei einem Kreiselverdichter, der in einer die Ansaugseite von der Druckseite trennenden Ständerwand mindestens eine Verbindungsöffnung enthält, die von einem zwischen zwei Extremstellungen verstellbaren Körper absperrbar ist und im offenen Zustand wenigstens einen Teil des vom Laufrad in einen Ausströmkanal geförderten Mediums zur Ansaugseite zurückleitet.

Wenn man Gebläse, Pumpen oder Kompressoren parallel zueinander auf einen Verbraucherströmungskreis arbeiten läßt, muß man im Betrieb und insbesondere während des Anlaufens die Erscheinung des sogenannten Pumpens verhindern. Man bezeichnet damit eine Schwingbewegung des in dem betrachteten Verbraucher enthaltenen flüssigen oder gasförmigen Mediums, welches abwechselnd im einen und im anderen Sinne durch die zu seiner Förderung vorgesehene Maschine, also den Verdichter od. dgl., hindurchströmt, wodurch an der Maschine Schäden auftreten können. Es existiert für jede Maschine ein für die Erscheinung des Pumpens charakteristischer Grenzwert, der von der Umlaufgeschwindigkeit der Maschine abhängig ist, d. h. das Pumpen setzt ein, wenn die Ausströmungsmenge unter einen bestimmten Wert absinkt und dementsprechend der Druck über einen bestimmten Wert steigt.

Wenn man die parallel arbeitenden Gebläse der Reihe nach beschleunigt bzw. verzögert, kann man die Erscheinung des Pumpens durch ein Nebenschlußsystem aus Rohren und Schiebern verhindern, mit dem eine Maschine, bei welcher sich die Erscheinung des Pumpens zeigen kann, während derjenigen Zeit isolieren kann, in welcher die Maschinengeschwindigkeit zu gering ist, um den Verbraucherströmungskreis richtig zu speisen. Man läßt die Maschine auf einen Hilfsstromkreis arbeiten und steigert dann die Arbeitsgeschwindigkeit des Gebläses. Nachdem man wieder eine ausreichend hohe Maschinengeschwindigkeit erreicht hat, betätigt man die Schieber, so daß die Belastung der Maschine von dem Hilfsstromkreis wieder auf den Hauptstromkreis übergeleitet wird. Es ist aber wünschenswert, Pumperscheinungen ohne die Benutzung von derartigen Schiebern und einem Hilfsrohrsystem vermeiden zu können.

Aus den US-PS 2 470 565 und 2 696 345 war es bereits bekannt, bei Verdichtern zur Vermeidung des Pumpens innerhalb des Verdichtergehäuses eine beim normalen Betrieb geschlossene Verbindungsöffnung zwischen Druck- und Saugseite vorzusehen, die in Abhängigkeit vom Ausgangsdruck oder auch von der im Verdichter herrschenden Temperatur geöffnet werden kann und dann einen Teil des geförderten Mediums zur Eingangsseite zurückleitet. Der normale Ausströmkanal vom Laufrad zum Verdichterausgang bleibt in jedem Fall unverändert, so daß stets eine gewisse Fördermenge ausgestoßen wird. Häufig ist jedoch erwünscht, z. B. bei Parallelbetrieb mehrerer Stufen, die Fördermenge des Verdichters bis zur Größe Null zu reduzieren.

Aus der DT-AS 1 079 954 ist ferner ein Kreiselgebläse mit einem zwischen die Ansaugseite und den Druckkanal geschalteten Umführungskanal bekannt, der durch einen am Ausgangsende des Laufrades in den Ausströmkanal des Gebläses schiebbaren Absperrkörper bei Stillstand geöffnet und im Betrieb geschlossen werden soll. Damit wird ein Durchströmen des Mediums mit geringem Durchflußwiderstand bei Stillstand bezweckt, doch ist die bekannte Konstruktion weder dazu bestimmt noch geeignet, Pumperscheinungen insbesondere bei Parallelbetrieb mehrerer Einheiten zu verhindern, zumal der Umführungskanal eine direkte Verbindung vom Ausgang der Maschine zur Ansaugseite herstellt.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung zur Pumpverhütung bei einer Maschine anzugeben, deren Fördermenge bis auf Null herabgesetzt werden kann, wobei die Verbindungsöffnung zur Einlaßseite unter Berücksichtigung dieser Herabsetzung geöffnet werden soll.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 beschriebene Vorrichtung.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß wegen der Möglichkeit, mit dem Absperrorgan die abgegebene Fördermenge bis auf Null zu reduzieren, mehrere parallelgeschaltete Verdichter unabhängig voneinander betrieben werden können. Wesentlich ist auch, daß stets ein stabiler Arbeitspunkt eingehalten wird. Da erfindungsgemäß eine Herabsetzung der abgegebenen Fördermenge nicht durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird, sondern durch Änderung des Querschnitts des Ausströmkanals, behält bei Zwischenstellungen des Absperrorgans das Geschwindigkeitsvektordreieck von Medium und Laufrad am Eingang des Diffusors der Maschine seine richtige Form. Dieser Vorteil ist eine Voraussetzung für einen guten Wirkungsgrad der Maschine und für das vollständige Vermeiden von Pumperscheinungen für jede Fördermenge.

Nun sollen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich mit einer bekannten Anordnung

aus parallelgeschalteten Gebläsestufen näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

F i g. 1 bis 3 die bekannte Anordnung und

F i g. 4 bis 8 Ausführungsbeispiele für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung

F i g. 1 zeigt eine bekannte Anordnung, die nach dem Nebenschlußprinzip arbeitet. Durch drei Gebläse 1, 2 und 3 wird das Medium im Sinne des Pfeiles 4 durch einen mit 5 bezeichneten Verbraucherzweig, welcher einen gewissen Widerstand aufweist, gefördert. Diese drei Gebläse haben die Ansaugleitungen 6, 7 und 8 und die Druckleitungen 9,10 und 11, weiche an die Sammelleitungen 12 bzw. 13 anschließen. Das Gebläse 3 ist mit einem Nebenschluß-System ausgestattet. Dieses besteht im wesentlichen aus einer Rohrleitung 14, welche die Ansaugleitung 8 mit der Druckleitung 11 verbindet, und aus zwei Schiebern 15 und 16. Der Schieber 16 liegt in der Rohrleitung 14 und der Schieber 15 in der Druckleitung 11. Die Abzweigung der Rohrleitung 14, welche zum Schieber 16 führt, befindet sich also zwisehen dem Schieber 15 und dem Gebläse 3.

Es sei angenommen, daß das Gebläse 3 unabhängig von den beiden anderen Gebläsen betrieben werden soll. Dies ist vermöge des Nebenschluß-Systems möglich, indem man zuerst die Gebläse 1 und 2 anlaufen läßt, wobei der Schieber 15 geschlossen wird, damit die von den Gebläsen 1 und 2 geförderte Menge des Mediums nicht das Gebläse 3 durchsetzt. Damit das Gebläse 3 anlaufen kann, muß der Schieber 16 offen sein. Dann wird die Geschwindigkeit des Gebläses 3 langsam gesteigert, wobei wegen des Vorhandenseins der Rohrleitung 14 keine Gefahr des Pumpens des Gebläses 3 besteht. Das Gebläse 3 unterliegt unter diesen Bedingungen auch nicht dem Einfluß des Verbraucherzweiges 5 oder dem Einfluß der Gebläse 1 und 2, da diese nur den Druck in der Ansaugleitung 8 gleich dem Druck in den Ansaugleitungen 6 und 7 halten. Wenn die Geschwindigkeit des Gebläses 3 genügend hoch ist, wird der Schieber 15 allmählich geöffnet und gleichzeitig der Schieber 16 allmählich geschlossen, so daß die seitens des Gebläses 3 durch die Rohrleitung 14 hindurch geförderte Menge in die Sammelleitung 13 abgeleitet wird. Zu Beendigung dieses Umleitungsvorgangs ist der Schieber 16 geschlossen und der Schieber 15 offen, so daß die vom Gebläse 3 geförderte Menge vollständig durch den Verbraucherzweig 5 hindurch verläuft.

Die praktische Ausführung des beschriebenen Schemas kann sehr kompliziert ausfallen. Dies gilt beispielsweise für den in F i g. 2 veranschaulichten Fall, in welchem ein Gebläse 17 das betreffende Medium aus einem Räume auf der Saugseite 18 ansaugt und in einen Raum auf der Druckseite 19 fördert. Diese beiden Räume sind durch eine Wand 20 voneinander getrennt und werden zusammen von einem wasserdichten Behälter 21 umschlossen, der lediglich eine einzige öffnung aufweist, durch welche hindurch das Gebläse 17 eingebaut werden muß. Der Einbau eines Systems nach F i g. 1 mit Schiebern und Rohren ist daher unter Umständen sehr schwierig.

F i g. 3 zeigt einen Teilschnitt durch das Gebläse 17 längs der Achse X- Y. Das Gebläse besteht aus einem Laufrad 22, auf einer Welle 23 und aus einem Ständer, welcher aus einer äußeren Wand 24 und einer inneren Wand 25 besteht. Die innere und äußere Wand sind über Rippen 26 miteinander verbunden. Die innere Wand 25 enthält auch noch die Lager 27 und 28 für die Welle 23. Der Stände- ist in eine/ Öffnung der Wand 21 angebracht und durchsetzt die Trennwand 20.

Die F i g. 4 zeigt ein Gebläse des gleichen Typs, welches jedoch entsprechend der Erfindung ausgestaltet ist. Die Wand 24, welche die Druckseite 19 und die Saugseite 18 voneinander trennt, enthält einen in der' Axialrichtung beweglichen Absperrkörper 29. Dieser Teil ist so ausgebildet, daß er bei seiner Bewegung einen weiteren Weg zwischen der Druckseite 19 und der Saugseite 18 öffnei und gleichzeitig den normalerweise zwischen der Ansaugseite 18 und der Druckseite 19 bestehenden Weg verschließt.

Der Absperrkörper 29 hat die Form eines Rotationskörpers mit einem zylindrischen Teil 29a, an welchem Führungs- und Steuerorgane befestigt sind, und einem Teil 29b, welcher weitgehend der Form der Wand 24 entspricht. Der Absperrkörper 29 hat die Aufgabe, die gleichen Wirkungen hervorzurufen, wie das oben beschriebene Nebenschluß-System. Er ist in F i g. 4 in einer Mittellage dargestellt, d. h. in einer Lage, in welcher das Medium vom Schaufelrad nach der Ausstoßseite 19 in der Richtung des Pfeiles 30 durchtreten und außerdem in der Richtung des Pfeiles 31 zur Ansaugseite 18 zurückkehren kann. Das Nebenschluß-System wird durch die Servomotoren 32 betätigt.

Wenn das Gebläse normal arbeitet, befindet sich der Absperrkörper 29 in der in F i g. 6 dargestellten und den Nebenschlußweg verschließenden Lage, wobei der Teil 296 die öffnung in der Wand 24 verschließt und das Gebläse von der Saugseite 18 nach der Druckseite 19 in der normalen Weise fördert.

Während des Anlaufens, während eines Nachlassens der Belastung und überhaupt in jedem Falle, in welchem man das betreffende Gebläse abtrennen will, wird der Absperrkörper 29 in die in F i g. 7 dargestellte Lage gebracht (Ausstoßkanal geschlossen), so daß das vom Gebläse geförderte Medium in der Richtung des Pfeiles 31 zur Ansaugseite 18 zurückkehrt. Diese Nebenschlußleitung ist so dimensioniert, daß sie für das Gebläse eine etwa gleich große Belastung darstellt, damit der Arbeitspunkt auf der Kennlinie des Gebläses jich so wenig wie möglich· bei der Einschaltung des Nebenschlusses verlagert. Die Einhaltung dieser Bedingung wird durch den Einbau eines Systems von Hilfsführungsflächen 29c unterstützt. In derjenigen Lage des Absperrkörpers 29, in welcher dieser bei 33 die Wand 25 berührt, besteht bei 34 nur ein sehr enger Spalt zwischen dem Absperrkörper 29 und der äußeren Wand 24. Wenn diese Abdichtung an der Stelle 34 noch verbessert werden soll, so kann man mit bekannten Mitteln, nämlich mit metallischen oder aus Kunststoff gefertigten Dichtungskörpern an dieser Stelle arbeiten. In ähnlicher Weise kann man auch die Abdichtung an der Stelle 35 in F i g. 6 zwischen dem Teil 29b des Absperrkörpers 29 und der Wand 24 verbessern.

Die Steuerung der Nebenschlußleitung kann mit Hilfe von geeigneten Servomotoren geschehen. Unter Umständen kann es auch zweckmäßig sein, die Servomotoren durch ein Medium derselben Art zu steuern, wie es seitens der Gebläse durch den Verbraucherzweig hindurch gefördert werden soll. Man kann nämlich die Servomotoren 32, wie in F i g. 4 veranschaulicht, an der Wand 24 anbringen oder auch, wie in F i g. 5 veranschaulicht, an der Wand 25. Im letzteren Falle kann das Verbindungselement 36 zwischen dem Servomotor 32 und dem Absperrkörper 29 zweckmäßigerweise vor der Rippe 26 angebracht werden, damit eine Verwirbelung des Mediums durch das Verbindungselement 36 verhindert wird.

Die Führung des Absperrkörpers 29 kann dadurch

bewerkstelligt werden, daß dieser an der Stelle 34 in der öffnung oder Durchbrechung der Wand 24 gleitet, oder auch dadurch, daß die Rippen 26 den Absperrkörper 29 bei dessen Verschiebung führen. Auch eine Kombination dieser beiden Hilfsmittel ist denkbar. Man kann die axiale Führung des Absperrkörpers 29 auch durch Einfügung von axialen Keilen zwischen dem Teil 29a und der Wand 24 bewerkstelligen, wobei ein gewisses Spiel in radialer Richtung zugelassen werden kann. Zur Vereinfachung der Beschreibung wurde bisher angenommen, daß der Absperrkörper 29 ein einziger Rotationskörper ist. Innerhalb des Erfindungsgedan-

kens kann er jedoch auch in mehrere Sektoren zerlegt werden. F i g. 8 zeigt schematisch eine derartige Anordnung, in der Richtung der Pfeile VIII in F i g. 6 gesehen. Der betreffende Körper ist dort durch die Elemente 37, 38, 39 und 40 usw. gebildet, die aneinander anschließen. Eine derartige Anordnung ist deshalb gerechtfertigt, weil die Rippen 26, welche die äußere Wand 24 mit der inneren Wand 25 verbinden, den Einbau eines zusammenhängenden Rotationskörpers verhindern. Für die Merkmale der Unteransprüche wird Schutz nur in Verbindung mit Anspruch 1 beansprucht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Pumpverhütung bei einem Kreiselverdichter, der in einer die Ansaugseite von der Druckseite trennenden Ständerwand mindestens eine Verbindungsöffnung enthält, die von einem zwischen zwei Extremstellungen verstellbaren Körper absperrbar ist und im offenen Zustand wenigstens einen Teil des vom Laufrad in einen Ausströmkanal geförderten Mediums zur Ansaugseite zurückleitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Absperrkörper (29) am Ausgangsende des Laufrades (22) in den Ausströmkanal bewegbar angeordnet ist, den er bei seiner einen Extremlage, bei der die Verbindungsöffnung geschlossen ist, freigibt, während er gleichzeitig mit dem Öffnen der Verbindungsöffnung in den Ausströmkanal bewegt wird und ihn bei Erreichen seiner anderen Extremstellung schließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absperrkörper (29) mittels eines Servomotors (32) betätigbar ist, der im Inneren des Ständers (24) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (32) durch das zu fördernde Medium betätigt wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Absperrkörper (29) sich in der Richtung der Drehachse (23) des Verdichters verlagert.