DE2235125C3 - - Google Patents
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- DE2235125C3 DE2235125C3 DE2235125A DE2235125A DE2235125C3 DE 2235125 C3 DE2235125 C3 DE 2235125C3 DE 2235125 A DE2235125 A DE 2235125A DE 2235125 A DE2235125 A DE 2235125A DE 2235125 C3 DE2235125 C3 DE 2235125C3
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
- F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/5826—Cooling at least part of the working fluid in a heat exchanger
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
- F04D17/02—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps having non-centrifugal stages, e.g. centripetal
- F04D17/025—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps having non-centrifugal stages, e.g. centripetal comprising axial flow and radial flow stages
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Description
Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Turboverdichter mit Zwischenkühlung des zu verdichtenden Mittels in einem Zwischenkühler und nachfolgender teilweiser Wiedererwärmung zur Verdampfung
von Kondensat.
Wird bei Maschinen der genannten Art das zu verdichtende Mittel in Zwischenkühlern gekühlt, so
besteht die Gefahr, daß es so weit gekühlt wird, daß allfällig in ihm enthaltener Wasserdampf zu kondensieren beginnt. Die dabei entstehenden Kondensattropfen gelangen, ohne wieder verdampft zu werden,
in Schaufelkanäle des Turboverdichters und können hier durch Erosionsangriffe Schäden und Ablagerungen von Verunreinigungen, welche im Gasstrom enthalten sind, verursachen. Besonders gefährdet sind
Axialschaufelungen, weil in diesen höhere Relativgeschwindigkeiten des zu verdichtenden Mittels mit
Bezug auf die das Mittel treibenden Wandflächen der Schaufeln entstehen als bei Schaufeln von Radialverdichtern.
Aus der DE-OS 1 956 374 ist es daher bekannt,
bei mehrstufigen Turboverdichtern das zwischen zwei Stufen gekühlte Verdichtungsmittel vor der Wiedereinführung in den Verdichter in einem Wärmeaustauscher zu erwärmen, der durch das Kühlwasser des
Zwischenkühlers beaufschlagt wird. Zusätzlich wird dabei der im Kühler gekühlten Arbeitsluft nach dem
Kühlen noch ungektihlte Luft zugeführt. Die erwähnte Literaturstelle enthält jedoch keinerlei Hinweise und
Mittel, wie die dort vorgeschlagene Maßnahme konstruktiv verwirklicht und in die Praxis umgesetzt
werden soll.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, wirkungsvolle und konstruktiv einfache Mittel aufzuzeigen, wie das
verdichtete Mittel mit geringsten Strömwngsverlusten
zum Zwischenkühler und anschließend, in genügendem Maße wieder erwärmt, zum Verdichter zurückgeführt werden kann.
s Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zwischenkühler außerhalb des Verdichters aufgestellt und die Verbindung zwischen Verdichter und Kühler als Mantelkanal ausgebildet ist,
in dessen den Zentralkanal umgebenden Außenkanal
ίο das zu kühlende Mittel vom Verdichter zum Kühler
und im Zentralkanal wieder zurück zum Verdichter geführt wird, und daß der Mantelkanal zwischen Verdichter und Zwischenkühler mindestens einen Krümmer aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau
wird die den Mantelkanal vom Zentralkanal abgrenzende Rohrwand durch das noch nicht gekühlte Gas
auf erhöhter Temperatur gehalten. Dadurch wird die Kondensattropfen führende Strömung des gekühlten
Gases allseitig von einer Wand mit höherer Tempe
ratur umgeben. Darüber hinaus wird die Verdamp
fung der Tropfen, die beim Aufprall auf die Wand, insbesondere in der Krümmung, zerschlagen werden,
durch die dabei entstehende Oberflächenvergrößerung verbessert
as Leitungsführungen mit einem Mantelkabel und
darin verlegtem Zentralkanal sind allerdings bei Gasturbinenanlagen schon bekannt (schweizerische Patentschriften 214 837 und 221 377). Verwendet wurden solche Leitungen zur Führung hoch erhitzter
Gase, um dabei die Temperatur der durch den Druck des Gases beanspruchten Rohrwand niedriger zu
halten. Das heißere Gas wurde im Zentralkanal und das kühlere Gas im Mantelkanal geführt So war es
möglich, die Wand des durch hohen Innendruck be
lasteten Leitungsstranges thermisch zu entlasten und
Festigkeitsprobleme und Dichtungsschwierigkeiten zu umgehen.
Die Aufgaben, die mittels der bekannten Verwendung von Mantel- und Zentraikanälcc gelöst werden,
Hegen bei der Erfindung nicht vor. Nach der Erfindung wird umgekehrt das hochtemperierte Gas im
Mantelkanal und das kühle Gas im Zentralkanal geführt.
Der Verdichter kann bis zur Zwischenentnahme
des Verdichtungsmittels axiale und nach Wiedereintritt des gekühlten Mittels radiale Stufen aufweisen.
Besondere Bedeutung erreicht die Erfindung für Verdichter, bei denen auch nach Wiedereintritt des gekühlten Mittels axiale Stufen angeordnet sind.
5« Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
V i g. 1 und 2 zeigen ein erstes als Axial-Radialverdichter ausgebildetes Ausführungsbeispiel im Längsbzw. Querschnitt;
F i g. 3 läßt ein zweites, als reiner Axialverdichter ausgeführtes Beispiel und schließlich
Fig.4 einen Querschnitt eines Verdichters mit
zwei zu beiden Seiten angeordneten, getrennten Zwischenkühlern erkennen.
Der Axial^Radialverdichter nach F i g. 1 und 2 besitzt einen im Gehäuse 1 gelagerten Rotor!. Die
axialen Laufkränze 3 bis 10 verdichten Luft oder ein Gas auf einen Druck, bei dem die Temperatur so
weit angestiegen ist, daß eine Zwischenkühlung notes wendig ist. Nach der Kühlung verdichten die Radialstufen 11 und 12 das Gas weiter auf den Enddruck.
Zwischen den Axialstufen 3 bis 10 und den Radialstufen 11 und 12 wird zur Zwischenkühlung das Gas
durch einen Mantelkanal 13 aus dem Gehäuse! in
einen Zwischenköhler 14 geleitet und nach Kühlung in einem im Mantelkanal 13 angeordneten Kernkanal
15 wieder zum Gehäuse 1 zurückgeführt.
Je nach Art des zu verdichtenden Gases, seinem Zustand vor dem Verdichter und dem erwünschten
Zustand am Austritt aus dem Verdichter kann im Zwischenkühler das Gas so stark abgekühlt werden,
daß schon vor der Verdichtung im Gas schon enthaltenes Wasser (oder andere kondensierbare Beimcngungen)
kondensieren und als Tropfen ausfallen. Diese Tropfen werden von dem in den Verdichter
zurückströmenden Gas mitgetragen und würden ohne Zuführung von Wärme erst bei der Verdichtung
in der Radialstufe 11 wieder verdampfen und die nicht verdampften Verunreinigungen auf den
Schaufeloberflächen ablagern. Nicht verdampfte Reste könnten sogar in die Stufe 12 weitergelangen.
Hierdurch entstünden zudem infolge der hohen Geschwindigkeiten beim Aufschlag der Tropfen auf die
Teile des Rotors oder auf andere Verdichterieile
Erosion und ein vorzeitiger Verschleiß diesem Teile.
Durch die Führung des Zentralkanals 15 innerhalb des Mantelkanals 13 wird der Wand des Zentralkanals
15 von dem bei der Verdichtung in den Stufen 3 bis 10 erhitzten Gas Wärme zugeführt, welche durch
die Wand in das im Zentralkanal strömende Gas eindringen kann. Dadurch wird den vom gekühlten Gas
mitgezogenen Flüssigkeitstropfen so viel Wärme zugeführt, daß sie wieder verdampfen und als Dampf
den Radialrädern 11 und 12 keinen Schaden mehr zufügen können. Die festen Bestandteile werden nun
trocken und ohne Ablagerung auf den Schaufeln durch die Maschine gefördert. Die Verdampfung der
Flüssigkeitstropfen im Kernkanal 15 kann zum einen Teil im frei schwebenden Zustand infolge der Wärmestrahlung
der Wand, zum andern Teil auch infolge Berührung an der Kanalwand erfolgen. Durch die
Wirbelung des Gases und die Führung in gekrümmten Kanalstücken prallt ein Teil der Tropfen auf die
erhitzte Kanalwand und werden dabei zerschlagen. Sie erhalten eine vergrößerte Oberfläche und unterliegen
dabei einer schnelleren Verdampfung. Bei Gefahr besonders starker Tropfenführung könnten sogar
Führungselemente in den Zentralkanal eingebaut
werden, welche die Tropfen aus der Gasströmung ausscheiden und gegen die Wand leiten. Solche! Führungselemente
könnten auch selbst bei der Verdampfung mithelfen, wenn sie von den Kanalwänden durch Anstrahlung auf genügende Temperatur erwärmt
werden.
Fig,3 zeigt ein ähnliches Beispiel wie die Fig. I
und 2 mit dem Unterschied, daß die auf den Zwischenkühler folgenden Stufen 16 bis 21 ebenfalls wie
die Stufen 3 bis 10 als Axialkränze ausgebildet: sind. Axialkriinzc sind durch Tropfen in dem zu verdichtenden
Mittel und durch Ablagerungen stärker gefährdet als radiale Stufen, weil die Strömungsgeschwindigkeit
an den Wänden der Schaufeln größer ist und bei ihier Führung auch stärkere Umlcnkungen
als bei Radialverdichtern erfolgen. Am stärksten wären natürlich die Schaufeln des zuerst vom zwischengeküblten
Gas erreichten Einführungsleitkranzes 22 gefährdet, dessen Schaufel die Gaszuströmung
aus dem Zentralkanal 15 nicht so gleichmäßig geordnet zugeführt erhalten, wie die Schaufeln der
nachfolgenden Laufkränze 16 bis 21 und Leitkränze 23 bis 28.
Schließlich zeigt die Fig.4 den Querschnitt eines
Verdichters, an den zu beiden Seiten des Gehäuses 1 je ein Zwischenkühler 14 angeschlossen ist. Der Anschluß
erfolgt an den unteren Gehäuseteil 29 durch Flanschen 30. Hierdurch wird der Zugang zum Rotor
für Unterhalts- und Überholungsarbeiten erleichtert.
Außerdem sind noch Vorrichtungen 31 bis 33 zwischen dem Mantelkanal 13 und dem Zentralkanal 15
angeordnet, mit deren Hilfe eine einstellbare kleinere Teilmenge noch nicht gekühlten Verdichtungsmittels
aus dem Mantelkanal in den Zentralkanal eingeführt werden kann. Diese Teilmenge führt dem kühlen,
noch Tropfen enthaltenen Gas im Zentralkanal 15 so viel Wärme zu, daß nicht an die Wände gelangende,
nicht genügend von der Wand bestrahlte Tropfen verdampft werden. Eine unzulässige Wiedererwärrnung
des gekühlten Gases ist nicht zu befürchten, da die durch das heiße Gas zugeführte Wanne weitgehend
zum Verdampfen der Tropfen benutzt wird.
Hierzu 4 BIaH Zeichnungen
Claims (3)
1. Mehrstufiger Turboverdichter mit Zwischenkühlung des zu verdichtenden Mittels in einem
Zwischenkühler und nachfolgender teilweiser Wiedererwärmung zur Verdampfung von Kondensat, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zwischenkühler (14) außerhalb des Verdichters (1) aufgestellt und die Verbindung zwischen
Verdichter (1) und Kühler (14) als Mantelkanal (13, 15) ausgebildet ist, in dessen den Zentralkanal (15) umgebenden Außenkanal (13) das zu
kühlende Mittel vom Verdichter (1) zum Kühler (14) und im Zentralkanal (15) wieder zurück
zum Verdichter (1) geführt wird, und daß der Mantelkanal (13, 15) zwischen Verdichter (1)
und Zwischenkühler (14) mindestens einen Krümmer aufweist.
2. Turixweidichter mit in waagerechter Ebene
axial getrenntem Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelkanal (13)
und der Zentralkanal (15) an die untere Gehäusehälfte angeschlossen sind.
3. Turboverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die untere Gehäusehälfte
zwei symmetrisch zur senkrechten Axialebene des Turboläufers angeordnete Mantelkanäle angeschlossen sind.
Applications Claiming Priority (1)
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