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Verfahren zum Betrieb von Verdichtern mit mindestens einem einer Stufe
nachgeschalteten Kühler und Verdichter zum Ausüben dieses Verfahrens Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Verdichtern mit mindestens einem einer Stufe
nachgeschalteten Kühler und einemVerdichter zum Ausüben dieses Verfahrens.
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Bei der Durchrechnung solcher Verdichter zeigt es sich, daß im Kühler
verhältnismäßig große Durchtrittsquerschnitte für das zu kühlende Mittel vorzusehen
sind, falls letzteres bei der Zwischen-oder Nachkühlung nur einen kleinen Druckabfall
erleiden soll. Andererseits liegt bei den heute üblichen Verdichterausführungen
die Austrittsgeschwindigkeit des Fördermittels aus der Leitvorrichtung der Verdichterstu,fe,
welche, in der Strömungsrichtung betrachtet, dem Kühler vorgeschaltet ist, meistens
erheblich über der für den Kühler noch für zulässig erachteten Geschwindigkeit.
In den meisten Fällen ist eine Umsetzung dieser kinetischen Energiedifferenz in
Druck in der dem Kühler vorgeschalteten Stufe des Verdichters nicht möglich, da
dies für gewöhnlich zu unannehmbaren Abmessungen des Verdichters führen würde. Es
wird daher jene kinetische Energiedifferenz zwischen dem Austritt aus der betreffenden
Verdichterstufe und dem Eintritt in den Kühler zu einem großen Teil verwirbelt bzw.
in Wärme umgewandelt, so daß mit jeder Zwischen- oder Nachkühlung auf Kosten des
Wirkungsgrades des Verdichters ein gewisser Verlust an Energie in Kauf genommen
werden muß.
Nach der Größe dieses Verlustes sowie des im Kühler
verursachten Druckabfalles richtet sich nun in jedem Fall die Entscheidung, ob und
wie oft sich eine Zwischenkühlung wirtschaftlich rechtfertigen läßt.
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Bek*anntlicli wäre es aber vorteilhaft, wenn das zu kühlende Mittel
mit großer Geschwindigkeit durch den Kühler strömen könnte, da dadurch der Wärmeaustausch
gefördert würde und der Kühler sich infolgedessen kleiner bemessen ließe. Ferner
wäre es dann auch möglich, die Geschwindigkeit in Zwischenkühlern mindestens auf
die bisher zwischen zwei Stufen zugelassene Geschwindigkeit zu steigern, also Verluste
durch unnötige Verzögerungen und auch Beschleunigungen auf die Eintrittsgeschwindigkeit
der nachfolgenden Stufe zu vermeiden.
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Zweck der Erfindung ist nun, ein Verfahren und einen Verdichter zum
Ausüben dieses Verfahrens zu schaffen, welche die Geschwindigkeit des im Kühler
zu kühlenden Mittels derart zu steigern und zusammenhängend damit den Wärmeaustausch
derart zu fördern erlauben, daß für den. Kühler mit einem Minimum an Baustoffen
auszukommen ist.
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Zu diesem Zweck wird gemäß vorliegender Erfindung das zu kühlende
Mittel praktisch mit der Geschwindigkeit am Austritt aus der dem Kühler vorgeschalteten
Verdichterstufe in denselben eingelassen und spätestens unmittelbar nach seiner
Kühlung einer Diffusorwirkung unterworfen, durch welche der durch die Reibungsverluste
während der Kühlung verursachte Druckabfall wenigstens teilweise ausgeglichen wird,
so daß das gekühlte Mittel, trotz dessen großer Geschwindigkeit während des Kühlvorganges,
der dem Kühler nachfolgenden Stufe bzw. nachgeschalteten Leitung mit der in dieser
zugelassenen Geschwindigkeit zugeführt wird. Dabei kann das Mittel während eines
Teiles des Abkühlvorganges selbst einer Diffusorw irkung ausgesetzt werden. Ferner
kann die Kühlung absatzweise erfolgen und das abzukühlende Mittel in jedem Absatz
einer Diffusorwirkung ausgesetzt werden. Bei einem Verdichter zum Ausüben des Verfahrens,
welcher mindestens einen sich aus einer Anzahl von Elementen zusammensetzenden Kühler
für das Fördermittel aufweist, sind gemäß vorliegender Erfindung die Kühlerelemente
auf mindestens einem Teil ihrer Länge so ausgebildet, daß sie in der Längsrichtung
des Kühlers diffusorartig sich erweiternde Kanäle begrenzen.
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In den Zeichnungen sind verschiedene beispielsweise Ausführungsformen
von Verdichtern zur Ausübung des beanspruchten Verfahrens in vereinfachterDa_rstellungsweise
veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i einen senkrecht zur Längsachse eines Kreiselverdichters
und eines zugeordneten Kühlers gelegten Schnitt, ' Fig.2 einen Schnitt nach der
Linie II-II derFig. i, Fig.3 einen entsprechenden Schnitt durch eine zweite Kühlerbauart;
Fig. 4 und 5 zeigen Gruppen von verschieden ausgebildeten Kühlerelementen zweier
Kühler, die in der Strömungsrichtung des abzukühlenden 'Mittels hintereinander angeordnet
sind; Fig. 6 und 7 zeigen senkrecht zur Längsachse von Kreiselverdichtern gelegte
Schnitte, die weitere Kühleranordnungen für das zu kühlende Fördermittel veranschaulichen;
Fig.8 zeigt einen ähnlichen Schnitt durch einen Kreiselverdichter mit mehreren radial
zur Verdichterachse angeordneten Kühlern, und Fig.9 zeigt einen Teil eines Längsschnittes
durch einen mehrstufigen Kreiselverdichter mit mehreren parallel zur Verdichterachse
eingebauten und gruppenweise hintereinander angeordneten Kühlern; Fig. io ist ein
Schnitt nach der Linie 1-1 der Fig. 9; Fig. i i zeigt einenTeil eines Längsschnittes
durch eine weitere Ausführungsform eines mehrstufigen Kreiselverdichters, bei dem
mehrere zum Teil radial und zum Teil parallel zur Verdichterachse angeordnete Kühler
hintereinandergeschaltet sind; Fig. 12 ist ein Schnitt nach der Linie XII-1II der
Fig. i i, und Fig.13 zeigt einen Teil eines axialen Längsschnittes durch einen vielstufigen
Axialverdichter mit radial eingebauten und im wesentlichen axial durchströmten Kühlern.
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In Fig. i bezeichnet i ein sich in Richtung des Pfeiles A drehendes
Laufrad eines mehrstufigen Kreiselverdichters, dessen weitere Räder nicht gezeichnet
sind. Das von dem Rad 1 geförderte Mittel wird in eine Spirale 2 geschleudert, von
der aus es in Richtung des Pfeiles B in einen Kühler 3 strömt. um nach erfolgter
Abkühlung in Richtung des Pfeiles C einer weiteren Stufe des Verdichters zuzuströmen.
Der Kühler 3 setzt sich aus einzelneu Elementen 4 zusammen. Jedes Element 4 weist
seinerseits in der in Fig.2 gezeigten Weise eine Tasche 5 mit Rippen 6,8
und eine mit dieser Tasche 5 lösbar verbundene Wasserkammer 7 auf. Die Rippen 6
und 8 der einzelnen Kühlerelemente 4 dienen zu ihrer Versteifung und gleichzeitig
begrenzen sie Kanäle, die den VVeg des z. B. durch einen Stutzen 9 der Wasserkammer
7 zufließenden und durch einen Stutzen io aus dieser Kammer abfließenden Kühlmittels
bestimmen. Als Kühlmittel kommt vorzugsweise Wasser in Betracht. Der Abstand zwischen
den Rippenhund 8 ist dabei so bemessen, daß sich der Querschnitt des Kühlmittelweges
im ganzen Kühlerelement 4 gleich bleibt. Nach Abheben der Wasserkammer 7 lassen
sich die einzelnen Kühlkanäle jeweils leicht reinigen. Die Durchlässe, durch die
das vom Laufrad i geförderte Mittel in den Kühler 3 gelangt, sind so bemessen, daß
das zu kühlende Mittel praktisch mit der Geschwindigkeit am Austritt aus der dem
Kühler 3 vorgeschalteten Verdichterstufe in diesen Kühler eintritt. ,Durch eine
unmittelbar vor letzterem vorgesehene Leitvorrichtung i i wird dafür gesorgt, däß
das zu kühlende Mittel möglichst ohne unzulässige Geschwindigkeitsänderung den verschiedenen
Kühlerelementen 4 zugeführt wird. Diese Kühlerelemente 4 weisen ferner, in der Strömungsrichtung
des zu kühlenden
Mittels betrachtet, hinter den Kühlkanälen angeordnete,
ungekühlte Endstücke 12 auf, die so ausgebildet sind, daß sie zwischen sich diffusorartig
sich erweiternde Kanäle begrenzen. Das zu kühlende Mittel wird somit bei der beschriebenen
Bauart unmittelbar nach seiner Kühlung einer Diffusorwirkung unterworfen, durch
welche der durch die Reibungsverloste während der Kühlung in Kühler 3 verursachte
Druckabfall mindestens teilweise wieder ausgeglichen wird. so daß das gekühlte Mittel,
trotz dessen großer Geschwindigkeit während des Kühlvorganges. der dein Kühler 3
nachgeschalteten Stufe mit der in dieser zugelassenen Geschwindigkeit zugeführt
wird und ferner die Verluste bei gleicher Abkühlung nicht größer als in bisherigen
Ausführungen sind.
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Das in Fig. 3 gezeigte Kühlerstück 13 unterscheidet sich von denn
in Fig. 2 gezeigten dadurch, daß nicht nur die Wasserkammer 14 lösbar mit dem Mittelteil
des Stückes 13 verbunden ist, sondern auch der gegenüberliegende Teil 15 mit weiteren,
die erforderliche Umlenkung des Kühlmittels ermöglichenden Räumen. Indem beide Teile
14, 15 lösbar am Mittelteil angebracht sind, wird nach deren Entfernung die Reinigung
der Kühlkanäle noch mehr erleichtert, als hei der Ausführung nach Fig.2 der Fall
ist.
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Anstatt die Rippen der Kühlerelemente so anzuordnen, daß der Querschnitt
des Kühlmittelweges überall derselbe ist, können dieselben auch so angeordnet und
so bemessen sein, daß das Kühlmittel das Kühlerelement mit veränderlicher Geschwindigkeit
durchströmt. Auf diese Weise läßt sich der Wärnieattstausch auch noch wasserseitig
beeinflussen.
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Kühler der beschriebenen Bauarten bieten den Vorteil, daß sie sich,
wie nachstehend an Hand von Beispielen gezeigt ist, an beliebigen Stellen von Axial-
und Radialverdichtern anbringen und je nach Erfordernis radial, parallel oder schräg
zur Längsachse der Maschine anordnen lassen.
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Erforderlichenfalls kann die Kühlung des Fördermittels auch absatzweise
erfolgen, in welchem Fall sich der Kühler ans mehreren in der Strömungsrichtung
des abzukühlenden Mittels hintereinander angeordneten Gruppen aufbauen kann. Solche
Ausführungsformen sind in Fig. 4 und 5 gezeigt. Der in Fig.4 veranschaulichte Kühler
weist zwei hintereinanderge:chaltete Gruppen D und E von Kühlerelementen auf. Hinter
den Kühlkanälen 16 jeder dieser Gruppen D. E ist ein ungekühltes Endstück 17 vorgesehen.
Diese Endstücke 17 sind so attsgebildet, daß sie auch in diesem Fall zwischen sich
diffusorartig sich erweiternde Kanäle 18 begrenzen. Die Teiltittg zwischen den Kühlerelementen
16, 17 der Gruppen h und E ist praktisch dieselbe, nur weist die Gruppe F_ mehr
Elemente 16, 17 auf als die Gruppe P, und die Elemente der zwei Gruppen sind in
der Strötntingsriclitttig . des Fördermittels in bezug aufeinander versetzt angeordnet.
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Der in Fig. 3 gezeigte Kühler weist zwei hintereinandergeschaltete
Gruppen F und G auf, die aus gekühlten Elementen i9 ohne ungekiihltes Endstück bestehen.
Diese Elemente i9 sind so ausgebildet, d'aß sie praktisch auf ihrer ganzen Länge
zwischen sich diftusorartig sich erweiternde Kanäle 20 begrenzen, so daß das zu
kühlende Medium praktisch während des ganzen Kühlvorganges einer Diffusorwirkung
unterworfen ist. Dabei ist die Teilung zwischen den Elementen i9 der Gruppe G nicht
gleich der zwischen den Elementen i9 der Gruppe F.
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Weist ein Kühler mehr als zwei Gruppen von Elementen auf, so kann
sich die Teilung zwischen den Elementen der verschiedenen Gruppen von Gruppe zu
Gruppe ändern oder sie kann für eine Anzahl Gruppen dieselbe und für eine oder mehrere
der anderen Gruppen verschieden sein.
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Der Diffusorwinkel der Diffusorkanäle braucht nicht unbedingt über
die ganze Länge der Kanäle konstant zu sein.
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Nachfolgend sind unter Bezugnahme auf die l,' ig. 6 und 13 weitere
Ausführungsmöglichkeiten beschrieben.
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Fig. 6 zeigt, wie sich von einem Kühler 21, dessen Elemente 22 praktisch
auf ihrer ganzen Länge zwischen sich diffusorartig sich erweiternde Kanäle begrenzen,
diese Elemente parallel zur Längsachse der Maschine anordnen lassen, wobei ohne
ungekühlte Endstücke auszukommen ist.
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Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform mit unter Flur angeordnetem Kühler
23, welcher zwei hintereinandergeschaltete Gruppen H, I von Kühlerelementen
2.4 aufweist, wobei das zu kühlende Mittel zwischen den zwei Gruppen H und
I eine Umlenkung uni i 8o` erfährt. Die Elemente 2.4 der zwei Gruppen Il,
l bcgrenzen auch hier diffusorartig sich erweiternd(, Kanäle; der Gruppe
H ist noch eine ungekühlte Leitvorriclttttttg 25 vorgeschaltet.
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Fig. 8 zeigt, wie eine Anzahl Kühler 26, 27, 28, 29, 30, 31, die radial
zur Verdichterachse eingebaut sind, über den ganzen Umfang einer das Laufrad 3 2
umgebenden Spirale 33 in Hintereinanderschaltuttg verteilt werden können.
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In den Fig.9 und io ist eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher
die Elemente der Kühler 3.4 parallel zur Verdichteraclise eingebaut sind. Die Kühler
3,4 bilden zwei hintereinandergeschaltete Gruppen, wobei die Kühler 34 jeder Gruppe
in der in Fig. io gezeigten Weise in einer gewissen Entfernung uni die Laufräder
35 angeordnet sind. 36 bezeichnet vor, ferner zwischen den Kühlergruppen und nach
den Kühlern 3.I vorgesehene Umlenkgitter.
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Die Fig. i i und 12 zeigen einen Radialverdichter in bekannter Anordnung
der Stufengruppen mit Axialschubausgleich. 37 bezeichnet radial eingebaute Kühler,
die gruppenweise um die Längsachse der Maschine angeordnet sind, wobei die verschiedenen
Gruppen in bezug auf das Kühlmittel hintereinandergeschaltet sind. Wie in Fig. 12
gezeigt, ist hier das Zwischengehäuse 38 als Teilspirale ausgebildet. Die Elemente
der Kühler 37 sind parallel zur Achse der 1laschine angeordnet. 39 bezeichnet zusätzliche
Kühler, welche in mehreren Einheiten und ringförmiger Anordnung stirnseitig parallel
zur Maschinenachse eingebaut sind.
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Schließlich zeigt Fig. 13, wie sich Kühler 4o radial
zur
Längsachse der Maschine bei Axialverdichtern einbauen lassen. Die Elemente der verschiedenen
Kühler 40 sind ebenfalls in nicht gezeigter Weise so ausgebildet, daß sie zwischen
sich diffusorartige Kanäle begrenzen. Bei dieser Bauart wird das gekühlte Mittel
einer nachgeschalteten Leitung oder einem zweiten Verdichterzylinder, welcher sich
an den Druckstutzen 4i anschließt, mit der Geschwindigkeit zugeführt, welche in
jener Leitung bzw. ain Eintritt desnächstfolgenden Gehäuses zugelassen ist.
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Für das Wesen der Erfindung spielt es keine Rolle, ob die Elemente
der Kühler parallel oder quer zur Maschinenachse angeordnet sind.