DE1813335B2 - Mehrstufiger Turboverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrstufigen Turboverdichter mit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Laufrädern, die in mindestens zwei mit Verschiedenen Drehzahlen laufenden Laufradgruppen zusammengefaßt sind, welche mittels eines Übertetzungsgetriebes miteinander in Verbindung stehen.

Derartige mehrstufige Turboverdichter sind in verschiedener baulicher Gestaltung für zum Teil sehr Unterschiedliche Einsatzzwecke bekannt.

Beispielsweise hat sich eine Bauweise eines mehrstufigen Turboverdichters dieser Art eingeführt, bei Welchem zwei oder mehr parallel zueinander angeordnete, mit verschiedener Drehzahl laufende Wellen von einem gemeinsamen Zahnrad aus durch Ritizel angetrieben sind, bei dem jede Welle beiderseits des Getriebegehäuses herausragt und mit fliegend aufgesetzten einzelnen Laufrädern versehen ist (deutsche Patentschrift 974 418).

Bei einer anderen Gestaltungsform sind zwei Laufradgruppen in axialer Richtung hintereinander angeordnet, wobei die eine Laufradgruppe auf einer auf der Welle der anderen Laufradgruppe gelagerter Hülse angebracht ist, und die beiden Laufradgruppen mittels eines Planetengetriebes miteinander verbunden sind. Diese Bauweise wird vor allem für Kompressoren an Strahltriebwerken benutzt (britische Patentschrift 576 498).

Der erstgenannten Bauweise liegt die Aufgabe zugrunde, einen in der Regel vierstufigen Radialverdichter als Zweiwellenverdichter in kompakter Bauweise auszuführen, wobei man sich die Zweiwellenbauart zunutze macht, um die beiden letzten Stufen mit höherer Drehzahl laufen zu lassen. Im zweitgenannten Fall handelt es sich um Axialkompresioren für Strahltriebwerke, bei denen mittels eines Untersetzungsgetriebes die ersten Laufräder eine geringere Drehzahl aufweisen als die folgenden Lr ufräder, in beiden Fällen geht es darum, den Wirkungsgrad des

ίο Verdichters zu erhöhen und die Pumpgrenze herabzusetzen.

Für bestimmte cLemische Prozesse sind Gasdrücke von mehreren hundert atü erforderlich, zur Zeit bis etwa 450 atü. Diese Gasdrücke hat man bisher stets mittels Kolbenverdichtern aufgebracht. Die Erfindung weist einen Weg, dafür Turboverdichter in besonderer rationeller Weise einzusetzen. Man hat bereits versucht, diese Druckhöhen mittels Turboverd'chtern dadurch zu erzielen, daß man mehrere je-

ao weils für sich mehrstufige Turboverdichter zu einer Gesamtanlage mit einem einheitlichen Antrieb zusammengefaßt hat. Zwischen den einzelnen mehrstufigen Verdichtereinheiten sind jeweils Übersetzungsgetriebe angeordnet. Dabei weist jede Verdichterein-

heit ein eigenes rimckfestes Gehäuse mit zwei Lagern für die Läuferwelle, zwei Gehäusedeckeln und zwei nach außen dichtenden Stopfbüchsen auf, wobei die zwischengeschalteten Übersetzungsgetriebe wieder eigene Baueinheiten mit entsprechenden Wellenla-

gern bilden und die Läuferwellen mit den Getriebewellen durch Kupplungen verbunden sind. Das Gesamtaggregat erhält daher vergleichsweise große Abmessungen bzw. Baulängen, und es ergibt sich ein erhöhter technischer Aufwand für die Fundamentierung und den erforderlichen Gebäudeanteil. Besondere Schwierigkeiten bereiten auch die Stopfbuchsen, wenn es sich um die genannt:-a hohen Drücke handelt. Da jedes Einzelgehäuse mit je zwei derartigen Stopfbüchsen ausgestattet, sein muß, erhöht sich die Anzahl der Stopfbuchsen entsprechend. Darüber hinaus tritt auch eine Vervielfachung der erforderlichen Wellenlager, der Gehäusedeckel, der Kupplungen und der Getriebelager ein, was ebenfalls zu einer wesentlichen Erhöhung des technischen Aufwandes führt.

Außerdem steigt die Störanfälligkeit einer solchen Gesarntanlage überproportional mit der Anzahl der Einzelaggregate. Nicht vermeidbare und immer wieder auftretende Undichtigkeiten der unter hohen Drücken stehenden Stopfbüchsen erfordern eine gute Zugänglichkeit, die einer erwünschten kurzen Bauweise entgegensteht. Dasselbe gilt auch für die Wellenlager und Kupplungen, die bei den hohen Drehzahlen besonderen Anforderungen bezüglich der Schwingungsfreiheit unterliegen, wobei stets die Gefahr besteht, daß sich die einzelnen Aggregate sehwingurigsmäßig beeinflussen.

Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Turboverdichter zu schaffen, der bei hoher Verdichtung und optimaler Drehzahl eine vereinfachte Konstruktion mit wesentlich verminderter Baulänge aufweist.

Ausgehend von einem bekannten mehrstufigen Turboverdichter mit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Laufrädern, die in mindestens zwei mit verschiedenen Drehzahlen laufenden Laufradgruppen zusammengefaßt sind, welche mittels eines Übersetzungsgetriebes miteinander in Verbindung stehen,

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besteht die Erfindung darin, daß zur Verwendung als Hochdruckverdichter die Laufradwellen axial hintereinanderiiegerid angeordnet sind und daß jede Laufradwelle in dem gemeinsamen Gehäuse an ihren beiden Enden gelagert ist, und daß auf die innerhalb des gemeinsamen Gehäuses aufeinandertreffenden, aus dem Lager hervortretenden Wellenenden die Übersetzungsgetriebe fliegend aufgesteckt sind.

Da also die beiden bzw. alle Verdichtereinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, das auch das oder die Übersetzungsgetriebe aufnimmt, brauchen insgesamt nur mehr zwei nach außen abdichtende Stopfbüchen vorgesehen zu werden. Da ferner die Getrieberäder unmittelbar auf den Läuferwellen sitzen, werden die bisher notwendig gewesenen Kupplungen zwischen den Läufer- und den Getriebewellen und die eigenen Wellenlager in den Getrieben eingespart, so daß sich eine wesentliche Verminderung des technischen Aufwandes ergibt. Zugleich wird aber auch die Baulän^c der Gesamt-Verdichteranlage beträchtlich verringert, was sich in verminderten Aufwendungen für die Fundamentierung und auch in einem kleineren Raumbedarf auswirkt. Die insgesamt erzielte Kompaktbauweise bringt ferner den weiteren Vorteil mit sich, daß die Betriebssicherheit durch den Fortfall einer Mehrzahl von Hochdruckstopfbüchsen, Wellenlagern und Kupplungen erhöht und die Gefahr des Auftretens von Schwingungen verringert wird. Dennoch kann der Verdichter mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden, weil sich die Drehzahl der einzelnen Verdichtereinheiten bei entsprechender Wahl des Übersetzungsverhältnisses in den zwischengeschalteten Getrieben der theoretischen optimalen Drehzahlkurve weitgehend anpassen läßt.

Die Ausgestaltung einer Verdichteranlage nach dem Grundgedanken der Erfindung kann erfindungsgemäß in verschiedenartiger Weise erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform können die Laufradwellen in einer Achse hintereinander liegen und die Übersetzungsgetriebe als mehrstufige Stirnradgetriebe oder Planetengetriebe ausgebildet sein.

Eine andere Ausführungsform nach der Erfindung besteht darin, daß die Laufradwellen axial versetzt hintereinander liegen.

Darüber hinaus ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, darf bei paralleler Anordnung von zwei oder mehr jeweils hintereinanderliegenden Laufradgruppen die Getriebe als Kegelradgetriebe ausgebildet und mittels einer gemeinsamen Antriebswelle verbunden sind.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen aus zwei Verdichtereinheiten bestehenden Radialturboverdichter mit Axialschnitt,

Fig. 2 das Schema eines aus zwei Verdichtereinheiten bestehenden Axialturboverdichters,

Fig. 3 eine andere Bauart eines Radialturboverdichters.

Der Radialverdichter nach F i g. 1 besteht aus zwei Verdichtereir.heiten I, II, von denen jede vier Stufen umfaßt. Die Laufräder 1, 2, 3,4 bilden die Stufen der ersten Verdichten-inheit I. die Lauf räder la, la, 3 a und 4 a jene der zweiten Verdichtereinheit II. Jede der beiden Einleiten besitzt eine eigene Läuferwelle5,5a mit zv.ei Wellenlagern6,7 bzw. 6a, la. Für beide Einheiten I, II ist ein gemeinsames Gehäuse 8 vorgesehen, in dem auch ein zwischen den beiden Einheiten angeordnetes, als Plante ngetriebe ausgebildetes übersetzungsgetriebe 9 angeordnet ist.

Die Läuferwellc 5 wird von einem Motor, einer Dampfturbine od. dgl. angetrieben. Auf ihr sitzt fliegend das treibende Rad 10 des Getriebes 9, wogegen das getriebene Rad 11 ebenfalls fliegend auf der Läuferwelle 5 α aufgekeilt ist. Demnach sind für den ganzen Turboverdichter nur zwei nach außen dichtende Stopfbuchsen 12, 13 und zwei Gehäusedeckel 14, 15 erforderlich, und es erübrigen sich eigene Getriebewellenlager, da diese mit den Läuferwellenlagern 7, 7 α identisch sind. Selbstverständlich entfallen auch die sonst zwischen den Läufer- und Getriebewellen erforderlichen Kupplungen.

Die Umlenk- bzw. Verbindungskanäle 16, 17, 18, 19, 20 von der ersten zur zweiten, von der dritten zur vierten, von der vierten zur fünften, von der sechsten zur siebten und von der siebten zur achten Verdichterstufe sind als schraubenförmig auseinandergezogene, sich diffusorartig erweiternde Spiralen ausgebildet, wobei innerhalb der von der Spirale 18 ausgebildeten Windungen das Getriebe 9 untergebracht ist. L?as Gas wird durch die Leitung 21 angesaugt, nach der zweiten Stufe einem Zwischenkühler 22 zugeleitet, tritt von diesem in die dritte Stufe ein, erfährt nach der fünften Stufe eine weitere Kühlung in einem Zwischenkühler 23, gelangt vcn diesem in die sechste Stufe und tritt schließlich durch den Stutzen 24 voll verdichtet aus.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, werden die beiden Verdichtereinheiten I, II von je einem Rotor 32, 32 a gebildet, die jeweils auf den beiden Läuferwellen 5, 5 a mit den Lagern 6,7 bzw. 6 a, 7 α sitzen, wobei die beiden Rotoren 32, 32 a wieder ir. einem gemeinsamen Gehäuse 8 angeordnet sind und ein als Planetengetriebe ausgebildetes Übersetzungsgetriebe 9 zwischengeschaltet haben. Wieder sind nur zwei nach außen dichtende. Stopfbüchsen 12, 13 vorgesehen. Mit 21 sind der Gaseintritt und mit 24 der Gasaustritt bezeichnet.

Im Beispiel F i g. 3 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 8 a vier vit.stufige Verdichtereinheiten I bis IV untergebracht, wobei nur die erste Verdichtereinhei.I mit den Laufrädern 1 bis 4 und der Läufer-WlHe 5 und die letzte Verdichtereinheit IV mit den Laufrädern Ic bis 4c und der Läuferwelle 5c sichtbar sind. In der Mitte zwischen den parallelen, sich jeweils paarweise gegenüberliegenden Verdichtereinheiten I, II, III, IV ist ein Übersetzungsgetriebe 9" angeordnet, das als Kegelgetriebe ausgebildet ist und entsprechend den vier Verdichtereinheiten vier Abtriebsweilen. nämlich die Läufen» cll^n 5, 5 a, 5 b, 5 c aufweist Der Antrieb erfolgt in diesem Fall über die Getriebccingangswelle 33, die normal zu den Läuferwellen lic^t. Es wäre allerdings auch möglich, wieder die Läuferwelle 5 der ersten Verdichtereinheit anzutreiben und das Getriebe mit Stirnrädern und Zwischenrädern auszustatten. Hier sine zwar mehr als zwei nach außen dichtende Stopfbüchsen 12, ?4 erforderlich, doch erhält der Gesamtverdichter eine besonders kompakte Bauweise mit günstigen Abmessungen. Das Gas tritt bei 21 ein, wird vom Auslaß 24 der ersten Verdichtereinheit einem Zwischenkühler 22 zugeführt, von diesem der zweiten Einheit zugeleitet, nach dieser in einem weiteren Kühler 23 gekühlt, der nächsten Einheit zugeführt, im Kühler 35 nochmals gekühlt und schließlich in der letzten Stufe voll verdichtet, aus der es bei 36 austritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Mehrstufiger Turboverdichter mit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Laufrädern, die in mindestens zwei mit verschiedenen Drehzahlen laufenden Laufradgruppen zusammengefaßt sind, welche mittels eines Übersetzungsgetriebes miteinander in Verbindung stehen, dadurch 'gekennzeichnet, daß zur Verwendung als Hochdruckverdichter die Laufradwellen (5, 5 a) axial hinterein anderliegend angeordnet sind, und daß jede Laufradwelle in dem gemeinsamen Gehäuse (8) an ihren beiden Enden (6, 7; 6a, Ία) gelagert ist und daß auf die innerhalb des gemeinsamen Gehäuses (8) aufeinandertreffenden, aus dem Lager (7, Ta) hervortretenden Wellenenci^n die Übersetzungsgetriebe (9) fliegend aufgesteckt sind.

2. Turboverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradwellen (5, 5 a) in einer Achse hintereinander liegen und die Übersetzungsgetriebe (9) als mehrstufige Stirnradgetriebe oder Planetengetriebe ausgebildet sind.

3. Turboverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradwellen (5, 5 a) axial versetzt hintereinander liegen.

4. Mehrstufiger Turboverdichter nach Anspruch 1, aadurch gekennzeichnet, daß bei paralleler Anordnung von zwei oder mehr jeweils hintereinanderliegenden Laufradgruppen (I, II und III, IV) die Getriebe als K/ *elradgetriebe ausgebildet und mittels einer gemeinsamen Antriebswelle (33) verbunden sind.