DE865773C - Luftkuehlung fuer die Schaufeltraeger mehrstufiger Verdichter - Google Patents

Description

• Luftkühlung für die Schaufelträger mehrstufiger Verdichter Turboverdichter, insbesondere mehrstufige Verdichter, werden durch die Temperaturerhöhung der verdichteten Luft auf so hohe Temperaturen erwärmt, daß, häufig eine wirksame Kühlung der Verdichterteile, insbesondere des Läufers, erforderlich ist. Die Erfindung bezweckt eine besonders wirksame und zugleich einfache Luftkühlung solcher mehrstufiger Verdichter. Sie besteht darin, daß die Kühlluft an einer oder mehreren Zwischenstufen von. dem durch die Schaufeln geförderten Verdichterstrom abgezweigt und: zur Kühlung des Schaufelträgers, insbesondere der die Schaufeln tragenden Wand.ungen, benutzt und hierauf ins Freie abgeleitet wird. Die Erfindung ist vorzugsweise für trommelartig ausgebildete Läufer mehrstufiger Axialverdichter anwendbar, kann jedoch gegebenenfalls auch für feststehende Schaufelträger sinngemäß zur Anwendung kommen. Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß für die Förderung der Kühlluft keine zusätzlichen Einrichtungen, wie Gebläse od. dgl., erforderlich sind, da zur Förderung der Kühlluft eine oder mehrere, insbesondere die niedrigste bzw. niedrigsten Verdichterstufen des Verdichters benutzt werden.
• Zweckmäßig wird die Kühlluft durch Kanäle oder z. B. durch Doppelwandungen od. dgl. gebildete Hohlräume des Schaufelträgers, insbesondere Läufers, geleitet. Die Eintrittsöffnungen für die Kühlluft zu den Kühlkanälen= oder Hohlräumen befinden sich hierbei zweckmäßig im Bereich der niedersten Verdichterstufe oder -stufen,. beispielsweise in. Gestalt von Bohrungen in der die Schaufeln tragenden Wandungen des Läufers, während die- Austrittsöffnungen im Bereich der höchsten Verdichterstufe oder -stufen z. B. auf der Innenseite des Läufers angeordnet sind, so daß ein dem durch die Schaufeln geförderten Verdichterstrom paralleler Strom auf der Gegenseite der Läuferwandung entsteht Zur Verringerung des Widerstandes können die Öffnungen schräg in Stromrichtung der Kühlluft angeordnet sein. Die beispielsweise in das hohle Innere eines trommelförmigen Schaufelträgers abgeführte Kühlluft kann durch Öffnungen in den Stirnscheiben des Schaufelträgers nach außen beispielsweise zur- Einla,ßseite des Verdichters zurück weitergeleitet werden.
• Bei mehrteiliger Ausbildung des Schaufelträgers. beispielsweise .derart, daß der zylindrische Teil einer Verdichtertrommel aus mehreren koaxial aneinandergereihten Ringen zusammengesetzt ist, welche gegebenenfalls auf einem gemeinsamen Zentrierring aufgeschoben sind, werden die Kühlkanäle oder Hohlräume des: Schaufelträgers zweckmäßig durch. Zwischenräume zwischen den einzelnen Teilen, also beispielsweise zwischen, den Schaufelringen -und dem gemeinsamen Zentrierring gebildet. Durch entsprechende Ausbildung der Schaufelringe od. dgl. können hierbei Ringräume gebildet werden, die von der Kühlluft nacheinander durchflossen werden und gegebenenfalls derart miteinander in Verbindung stehen, daß außer einer Axialbewegung des, Kühlluftstromes zugleich eine die Kühlwirkung erhöhende Drehbewegung der-Kühlluft in den Ringräumen entsteht.
• Auch kann die Anordnung derart getroffen sein, daß die Kühlwirkung der Kühlluft auf den Schaufelträger im Bereich der höheren Verdichterstufen entsprechend dem höheren Kühlbedarf stärker als im Bereich der niederen Verdichterstufen ist. Durch besondere Führung der Kühlluft kann ferner, insbesondere im Bereich der. höheren Verdichterstufen, eine besonders wirksame Kühlung der Schaufelfüße vorgesehen sein, vor allem dann, wenn:die Schaufeln einzeln für sich in den. Schaufelträger eingesetzt sind.
• In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt; und zwar zeigt Abb. i einen Längsschnitt durch den äußeren Teil eines trommelförmigen Läufers für ein mehrstufiges Axialgebläse - mit eingesetzten Schaufelringen, Abb. 2 eine gegenüber Abb. i etwas abgeänderte Ausführungsform ,der Schaufelringe, Abb. 3 einen. Schnitt nach. Linie A-B nach Abb. 2 und Abb. q; eine weitere Ausführungsform mit einzeln eingesetzten Schaufeln.
• In Abb. i sind i und 2 die Endscheiben eines Verdiebterläufers, welche durch einen Zentrierring 3' und durch Schrauben 4, , 5 miteinander verbunden sind.. Auf den. Zentrierring 3: sind einzelne Ringe 6; 7, 8; 9, ioi axial, nebeneinander aufgeschoben, wobei die Ringe 7 und 9 sowie ferner die Endscheiben i und 2 jeweils umlaufende Verdichterschaufeln i i aufweisen., zwischen denen feststehende öder umlaufende Leitschaufeln 12 angeordnet sind.
• Die Schaufelringe 6, 7, 8, 9 und 1o, besitzen nach innen offenen, U-förmigen Querschnitt, derart, daß sie mit den inneren Kanten auf dem Zentrierring 3; aufsitzen und mit ihren Flanschen gegeneinander bzw. gegen die Endscheiben i und 2, dicht anliegen, während innerhalb des U-förmigen Profils zwischen diesem und dem Zentrierring 3 ringförmige Hohlräume oder Kammern 1@3 gebildet werden. Durch Bohrungen 14 in den Flanschen der Ringe stehen die einzelnen: Kammern miteinander in Verbindung. Des weiteren ist der Ring 6 mit auf den Umfang verteilten Öffnungen i@5 versehen, so daß von. dem in Pfeilrichtung x durch die Schaufeln fließenden Verdichterstrom in der ersten Stufe des Verdichters, also hinter dem Schaufelkranz i i der Verdichterscheibe i ein Teil der Luft abgezweigt und durch die Öffnung 15 als Kühlluft den Hohlräumen 13 zugeleitet wird'. Diese teilverdichtete und noch verhältnismäßig kühle Luft strömt hierbei etwa parallel zum Verdichterstrom in der Zeichnung von links nach rechts entsprechend dem Linienverlauf y über die Querbohrungen 1.4 und durch die einzelnen Ringkammern 13 und wird. aus der letzten Ringkammer durch eine Öffnung 16 in das Innere der Läufertrommel abgeleitet. Von dort kann die Kühlluft durch Bohrungen 17 in der Stirnscheibe i der Trommel zu der Eintrittsseite des Verdichters entsprechend dem Pfeil z zu zurückströmen, wo sich die erwärmte Kühlluft wieder mit der kalten, bei x zuströmenden Luft mischt. Diese Kreisströmung wird. hierbei durch das Druckgefälle zwischen den Punkten C und D beiderseits des ersten Verdichterschaufelkranzes i i aufrechterhalten.
• Die Bohrungen 1q, zwischen den. einzelnen Kammern 13, können zur Verlängerung des Kühlluftweges gegeneinander versetzt oder unter einem Winkel (von beispielsweise etwa 45;°) gegen die Achse der Läufertrommel geneigt sein. Dadurch wird der Luft ein Drall erteilt, so daß sie in. den einzelnen ringförmigen Kühlkammern außer der Vorwärtsbewegung noch eine Drehbewegung ausführt. Statt der Bohrungen v5, im Ring 6 oder zusätzlich zu diesen können weitere Bohrungen in den übrigen Schaufelringen beispielsweise im Ring 8 angeordnet sein, so daß die Kühlluft ganz oder teilweise mit höherem Druck ins die Kühlkanäle bzw. Kühlräume eintritt Bei einer Einführung der Kühlluft, beispielsweise durch den Ring 8, könnte die Luft gegebenenfalls so geführt werden, daß sie teilweise nach vorn und teilweise nach hinten durch die anschließenden Schaufelringe strömt.
• Zur Erleichterung es Ein- und Ausströmens der insbesondere rotierenden Luft können die Bohrungen 15 und 16 unter einem bestimmten Winkel zum Halbmesser, also nicht radial, gebohrt sein. Auch können die Bohrungen schräg zur Drehachse des Zylinders angeordnet sein.
• Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 und 3 sind die Kühlkammern 13 durch in die Flansche oder Rippen der Schaufelringe 18 eingefräste Nuten: ig miteinander verbunden. Die Nuten können hierbei, wie Abb. 3, andeutet, spiralförmig angeordnet sein, um der Luft in den. Kammern 13 in der vorstehend beschriebenen. Weise eine Drehbewegung um die Läuferachse zu erteilen..
• Um die Nuten ig (bzw. in entsprechender Weise die Bohrungen 14 der Abb. i) sowie die Schaufeln des Gebläses in einer vorgeschriebenen Lage zueinanderzuhalten, ist eine Sicherung der Ringe 18 auf dem Zentrierring 3 in Umfangsrichtung durch eine in eine Längsnut eingelegte Paßfeder 2o vorgesehen.
• Eine besonders wirksame Kühlung, insbesondere für eingesetzte Schaufeln, zeigt die Anordnung nach Abb. 4. Die Schaufeln 2.1 sind in diesem Falle mittels ihres im wesentlichen I-förmig ausgebildeten Schaufelfußes zwischen den. beiden Ringen 23, und: 24; eingesetzt, von denen sie durch entsprechende Gestaltung des Schaufelfußes infolge ihrer axialen Verspannung gehalten werden. Zwischen dem Schaufelfuß 22@ und den. Ringteilen 23 und. 24 . werden ringförmige Kammern. z5 und 26 gebildet, die untereinander durch eine Bohrung 27 im Schaufelfuß in Verbindung stehen. Schrägbohrungen. 2!8 und 29 verbinden des weiteren die Kammern 25: und 26 mit den Ringkammern 113 in den zwischen: den Ringteilen. z,3, 24. und dem Zentrierring 3, gebildeten ringförmigen; Hohlräumen 13. Die Bohrungen 2& und 29 sowie 27 können hierbei derart schräg in Umfangsrichtung verlaufen, daß in den Ringkammern 25, und 26 wiederum eine Drehbewegung der Luft, beispielsweise in entgegengesetzten Richtungen, bewirkt sind. Durch eine solche Luftführung, welche beispielsweise in Pfeilrichtung erfolgen kann, wird eine besonders wirksame Kühlung des am höchsten beanspruchten Teiles des Schaufelfußes unmittelbar unterhalb der Schaufeln .2;i erzielt.
• Ferner sind bei der dargestellten Ausführungsform nach Abb. 4. auf dem Umfang verteilte weitere Kanäle 3o angeordnet, welche die Hohlräume 13: im wesentlichen unter Umgehung des Schaufelfußes, jedenfalls der heißesten Teile desselben, miteinander verbinden. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, daß ein, Teil der Kühlluft beim Überströmen aus der linken Kammer 13 in die rechte Kammer 13 weniger stark erwärmt wird, so daß die sich in der rechten Kammer 13 sammelnde Kühlluft noch ein genügend tiefes Temperaturniveau besitzt, um eine weitere wirksame Kühlung der nachfolgenden Teile des Schaufelträgers bz:w. der weiteren Schaufeln zu ermöglichen. Eine derartige, den Kanälen 3o entsprechende Kühlluftführung wird daher zweckmäßig im Bereich der niederen Verdichterstufen vorgesehen, während. im Bereich der höheren bzw. der höchsten Verdichterstufen die gesamte Kühlluft zur unmittelbaren Kühlung der Verdichterschaufeln bzw. der Schaufelfüße herangezogen werden kann. Auch kann gegebenenfalls in den unteren Verdichterstufen die besondere Kühlung der Schaufelfüße über die Kammern 26, 25 bzw. die Bohrungen 2;8, 27, 29 ganz in Fortfall kommen.
• Im übrigen gilt für die Ausführungsformen nach Abb. 2 bis 4 grundsätzlich das Gleiche. wie für die Ausführungsform nach Abb. i. Auch können die einzelnen Ausführungen der verschiedenen Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise miteinander vereinigt werden, beispielsweise derart, daß im Bereich der niederen Verdichterstufen eine Kühlung nach Abb. i, im Bereich der höheren Verdichterstufen eine Kühlung nach Abb. a., gegebenenfalls. auch ohne,die Kühlkanäle 30, vorgesehen wird. Auch kann. die Kühlluft derart geführt Nverden., daß sie im wesentlichen zunächst die heißeren Teile des Schaufelträgers (insbesondere Läufers) und erst hierauf die weniger heißen Teile desselben kühlt. Auch kann die Kühlung gegebenenfalls in getrennte Kühlkreisläufe, z. B. einen Kühlkreislauf für die niederen Verdichterstufen und einen weiteren Kühlkreislauf für die höheren Verdichterstufen, aufgeteilt sein.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Luftkühlung für die Schaufelträger mehrstufiger Verdichter, insbesondere für trommelartige Läufer von Axialverdichtern, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft an einer oder mehreren Zwischenstufen vom Verdichterstrom abgezweigt, zur Kühlung des Schaufelträgers, insbesondere der die Schaufeln tragenden Wandungen, benutzt und hierauf ins Freie abg,#leitet wird.
2. 2. Luftkühlung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft durch Kanäle oder z. B. durch Doppelwandungen gebildete Hohlräume des Schaufelträgers geleitet wird.
3. 3. Luftkühlung nach Anspruch i und -2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnungen für die Kühlluft aus dem Verdichtungsluftstrom zu den Kühlkanälen oder Hohlräumen des Schaufelträgers im Bereich der niedersten Verdichterstufe oder -stufen, z. B. in der die Schaufeln tragenden Wandung des Läufers, die Austrittsöffnungen im Bereich der höchsten Verdichterstufe oder -stufen, z. B. auf der Innenseite des Läufers, angeordnet sind. 4.. Luftkühlung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, d-aß die Abführung der Kühlluft aus den Kanälen eines trommelförmigen Schaufelträgers in das hohle Innere desselben und von dort z. B. durch Öffnungen in den Stirnscheiben des Schaufelträgers nach außen, beispielsweise zur Einlaßseite des Verdichters zurück, erfolgt. 5. Luftkühlung nach Anspruch i bis .l" dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelträger mehrteilig ausgebildet ist und die Kühlkanäle oder Hohlräume des Schaufelträgers durch Zwischenräume zwischen den Einzelteilen gebildet werden. 6. Luftkühlung nach Anspruch z bis 5. für trommelförmige Schaufelträger mit einem oder mehreren zwischen den Endscheiben der Trommel angeordneten Hohlräume oder Kanäle bildenden und gegebenenfalls auf einem gemeinsamen Zentrierring aufgeschobenen Schaufelringen, dadurch gekennzeichnet, daß die einer oder mehreren Zwischenstufen entnommene Kühlluft durch den oder die Hohlräume der Schaufelringe hindurchgeleitet wird. 7. Luftkühlung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume der Schaufelringe durch Öffnungen (Bohrungen, Nuten od. dgl.) in den. aneinandergrenzenden Wandungen der Schaufelringe untereinander in Verbindung stehen. B. Luftkühlung für Schaufelträger mit von Kühlluft, durchströmten, untereinander durch Öffnungen verbundenen rinigförmigen Hohlräumen nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen zwischen den einzelnen Hohlräumen gegeneinander versetzt und/oder derart, z. B. schräg in Umfangsrichtung des Schaufelträgers, angeordnet sind, daß die Luft in den ringförmigen Hohlräumen zugleich eine Drehbewegung ausführt. g. Luftkühlung nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft derart geführt wird, daß die Wandungen des Schaufelträgers bzw. die Schaufeln im Bereich höherer Verdichtung einer stärlzeren Kühlwirkung durch die Kühlluft als im Bereich niederer Verdichtung unterliegen. io. Luftkühlung nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft unmittelbar die Schaufelfüße, insbesondere einzeln eingesetzter Schaufeln, umspült. ii. Luftkühlung nach Anspruch i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft, beispielsweise zwischen zwei in. Reihe von der Kühlluft durchströmten Hohlräumen, in parallelen Zweigströmen einerseits unter Bespülung der Schaufelfüße und andererseits im wesentlichen unter Umgehung derselben durch den Schaufelträger geleitet wird. 12. Luftkühlung nach Anspruch i bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft im Bereich der niederen Verdichtungsstufen teilweise oder im wesentlichen unter Umgehung und im Bereich der höheren Verdichtungsstufen unter verstärkter Bespülung, z. B. ausschließlich unter Bespülung der Schaufelfüße durch den Schaufelträger geleitet wird. i3,. Luftkühlung nach Anspruch i bis 12 für Schaufelträger, bei welchen die Schaufeln zwischen Hohlräume bildenden Ringen eingespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ringen und den Schaufelfüßen weitere Hohlräume je beiderseits der Schaufelfüße vorgesehen sind, welche durch Öffnungen oder Kanäle in den Schaufelfüßen bzw. um diese herum miteinander sowie durch Öffnungen in den Ringwandungen mit den in den Ringen gebildeten Hohlräumen in Verbindung stehen, wobei gegebenenfalls auch unmittelbar zwischen den letztgenannten Hohlräumen unter Umgehung der an den Schaufelfüßen angeordneten Hohlräume Verbindungskanäle vorgesehen sein können. 1q. Luftkanäle nach Anspruch i bis 13, mit beiderseits der Schaufelfüße angeordneten Ringräumen, dadurch gekennzeichnet, däß die Kühlluft, z. B. durch entsprechend tangentiale Anordnung der zu ihnen führenden. Zuleitungskanäle, in den Ringräumen entgegengesetzte Drehbewegungen ausführt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 665,762; britische Patentschrift Nr. 2!86 i27.