DE2230781A1 - Gasverdichter - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

HEL.MUT_tSCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. DIPL.-ING. 2230 /θ |

8 MÜNCHEN 25 · LI P OWS ICYSTR. 10

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Ingersoll-Rand Company

Gasverdichter

Es sind bereits mit Energierückgewinnungsturbinen ausgerüstete Gasverdichter bekannt, beispielsweise aus der U.S.A.-Patentschrift -1 110 864, in der ein Kreisel- bzw. Schleuderveriiichter beschrieben ist. Bei den bekannten Gasverdichtern mit Turbinen zur Rückgewinnung von Energie, z.I)₀ auch bei dem Verdichter nach der genannten U.S.A.-.Patentschrift, ergeben sich jedoch Nachteile, z.B. der Ijachteil, daß es zu vVartungszwecken erforderlich ist, die Anlage weitgehend zu zerlegen. Ferner weisen die bekannten u.onctruktionen komplizier be .Fühleinrichtungen für den Förderdruck sowie komplizierte Turbineneinlaßanordnungen auf; ein jedoch noch wichtigerer liachteil besteht jedoch darin, clcii.¹· die bekannten Linlaßanordnungen für die Turbinen und uie von ihnen aus zu den ersten Verd.ichterstufi.-ri führenden

nordauii^en zum Entstehen von ötrömungsbed indungen fühdie nur in einem geringen Ausmaß dem bei den ersten verdLchterstufen ex'wünschten strömung π verlauf entsprechen»

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uerrier fehlen bei den bekannten Gasverdichtern, wenn keine äußeren heizvorrichtungen vorhanden sind, üiriri-ch tunken, die ein Vereisen der ersten Verdichterstufe verhindern, wenn der ^erpichter unter bedingungen betrieben wird, bei denen die Umgebungstemperatur unter dem Gefrierpunkt liegt.

Ls ist eine Aufgabe der Erfindung, die iiachteile zu vermeiden, die sich bei den bis jetzt bekannten Gasverdichtern mit Energierückgewinriungsturbinen ergebe^

Demgemäß wird durch die Erfindung ein Verdichter geschaffen, der mindestens eine erste Gasverdichtungsstufe mit einer Anordnung zum Verdichten von dieser Stufe zugeführtem Gas aufweist, ferner mehrere, und zwar mindestens drei getrennte Gaseinlaßanordnungen zum Zuführen von Gas zu der Verdichtungseinrichtung, sowie eine Einrichtung, die in Strömungsverbindung mit der ersten btufe steht und dazu dient, aus ihr verdichtetes Gas abzuführen; hierbei sind die verschiedenen Gaseinlaßanordnungen parallelgeschaltet, damit sie das Gas der ersten Verdichtungsanordnung in der gleichen gemeinsamen Richtung zuführen, welche dem richtigen Strömungsverl ra.f für die ersten Verdichtungsstufen angepaßt ist, und mindestens zwei bestimmte Einlaßanordnungen sind teilweise in eine andere Einlaßanordnung des erwähnten Latzes von mehreren Einlaßanordnungen eingeschlossen.

In Weiterbildung der Erfindung wird ein uasverdichter geschaffen, der einen Antriebsmotor aufweist, ferner eine durch diesen IWotor antreibbare ernte Einrichtung zum Aufnehmen von Gas und zum Verdichten des zugeführten Gases sowie eine ebenfaLLs durch den Lotor antreLbbare zweite hinrichtung, die ein Vereisen der ersten Einrichtung aurch i'iiuchtifLeifc verhindert;, welche von dem der ersten Einricnturif; zupefiihrten Gas mitgeführt wird.

behließlich kann evi'indungsgemäß ein GaHverd icht. ·■ ι_■*?;;'chai-fen werden, dot· einen ersten ua.se i.nlaß für die f.· ro te von zwei motorisch antreibbaren Verdichtunpsstufen

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aufweist, wobei zwei getrennte sekundäre Einlasse von den wänden des Gehäuses für den ersten Gaseinlaß umschlossen sind, nu der A/erdichtungsstufe gehört ein Verdichterläufer, mit dem ein Turbinenläufer gekuppelt ist, welch letzterem verdichtetes Gas zugeführt wird, und zwar nach Bedarf durch einen oder beide oder keinen der sekundären Gaseinlässe, so daß es möglich ist, Energie zurückzugewinnen, die dazu beiträgt, den "Verdichterläufer anzutreiben, so daß sich das Pumpen des Verdichters beherrschen laßt und es möglich ist, den Verdichter unter den optimalen konstruktiv vorgesehenen Bedingungen zu betreiben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Gasverdichters;

Fig. 2 in einem etwas größeren Maßstab die Vorderseite des Gasverdichters nach Fig. 1;

Fig. 3 schematisch die Anordnung der Hauptteile des Gasverdichters einschließlich der Gasströmungswege;

Fig. 4 die erste Verdichtungsstufe des Gasverdichters in einem vergrößerten axialen Schnitt längs der Linie 4-4-in Fig. 2;

Fig. 5 die zweite Verdichtungsstufe des Gasverdichters in einem vergrößerten axialen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 2;

Fig. 6 in einem vergrößerten axialen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 2 die am Turbineneinlaß vorhandene Kegelventilanordnung; und

Figo 7 zu Vergleichszwecken in graphischen Darstellungen die korrigierten Einlaßtemperaturen bei einem zweistufigen bzw. einem dreistufigen Gasverdichter in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur,,

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Gemäß Fig. 1 und 2 ist der insgesamt mit 10 bezeichnete Gasverdichter mit einem Luftfilter 12 ausgerüstet, das einen ersten Gaseinlaß 14- für eine erste Gasverdichtungsstufe 16 umschließt. Die zweite Gasverdichtungsstufe 18 des Verdichters weist eine Abdeckung 20 auf, die diese Stufe gegen die Atmosphäre abschließt, jedoch leicht abgenommen werden kann, um die zweite Stufe zu Wartungszwecken zugänglich zu machen» ferner ist ein Zwischenkühler 22 vorhanden, der sich durch Abnehmen einer mit einer Seitenwand verschraubten Abdeckung 24 zugänglich machen läßt. Weiterhin sind in das Aggregat zwei Nebelbeseitigungsvorrichtungen 26 und 26' (Fig. 3) eingebaut, die nach dem Abnehmen einer Abdeckung 28 zugänglich sind. Alle vorstehend genannten !'eile werden durch ein Grundplatten- und Gehäuseteil 30 unterstützt, das auf seiner Rückseite einen Motor 32 trägt, der die primäre Antriebsenergiequelle für den Verdichter 10 bildet. An der Oberseite des erdichters 10 mündet ein Auslaß 34- für das verdichtete Gas.

Gemäß Fig. 3» 4- und 5 weist der erfindungsgemäße Gasverdichter ein primäres Gaseinlaßgehäuse 36 für die erste Verdichterstufe 16 auf, das eine Einlaßöffnung 38 abgrenzt. In der Strömungsrichtung hinter der Einlaßöffnung 38 ist ein Verdichterläufer 34 für die erste Verdichterstufe drehbar gelagert. Ein in dem Gehäuse 36 ausgebildeter Kanal 42 leitet das verdichtete Gas von der ersten Stufe 16 zu dem Zwischenkühler 22, von dem aus das verdichtete Gas durch eine erste Entnebelungsvorrichtung 26 und danach durch eine zweite Entnebelungsvorrichtung 26' strömt. Von der zweiten Entnebelungsvorrichtung 26' aus wird das gekühlte und entnebelte verdichtete Gas durch einen weiteren in dem Gehäuse ausgebildeten Ivanal 44- zu einem Einlaßgehäuse 46 der zweiten Verdichterstufe 18 geleitet, zu der ein Verdichterläufer 48 gehört, der in dem Gehäuse 46 drehbar gelagert ist, von dem aus ein weiterer, in dem Gehäuse 30 ausgebildeter Kanal 50 das verdichtete Gas einem Verbraucher 52 zuführt. Der Motor 32 treibt über eine Welle 58 und ein insgesamt mit 56

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bezeichnetes Zahnradgetriebe die Läufer 40 und 48 der beiden 'Verdichterstufen an.

Gemäß der Erfindung ist mit dem Läufer 40 der ersten Verdichterstufe 16 ein Turbinenläufer 60 drehfest verbunden, der in einem gondelähnlicheη Gehäuse 62 arbeitet, das in dem Einlaßgehäuse 36 durch Streben 64 starr unterstützt ist. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind vier Streben 64 vorhanden, doch könnte man auch eine andere Anzahl von Streben vorsehen. Gemäß Jig. 3 unterteilt ein Randteil 66 eine durch das Gehäuse 62 abgegrenzte innere Kammer 68 und zwei Kanäle 70 sowie zwei weitere Kanäle 72 die sich durch die Streben 64 erstrecken und jeweils mit einem Ende in der unterteilten Kammer 68 des Gehäuses 62 und mit ihren anderen Enden in zwei Kanälen 74· bzw. 76 münden« In Fig. 3 ist jeweils nur ein Kanal jedes Paars von Kanälen 70 und 72 dargestellt. Die Kanäle 74 und 76 sind in dem Gehäuse 36 ausgebildet und an ihren entgegengesetzten Enden mit einem in drei verschiedene Stellungen bringbaren Ventil 80 verbunden. Das Ventil 80 kann entweder vollständig geschlossen oder halb geöffnet oder vollständig geöffnet sein; in jede dieser drei Stellungen wird das Ventil durch eine Bewegung einer Betätigungsstange 82 gebracht, um nach Bedarf einen Teil der dem Verdichter zugeführten Energie am Auslaß des ^verdichters aus dem verdichteten Gas zurückzugewinnen ο Zu dem Ventil 80 gehären gemäß Fig. 3 mehrere Abschnitte A, B, C und D. Die Abschnitte A und B ermöglichen es, das Ventil zu schließen, während die Abschnitte C und D zum Offnen des Ventils dienen. Werden die Abschnitte A und B des Ventils 80 zur Wirkung gebracht, wird das Ventil vollständig geschlossen. Werden die Abschnitte B und G des Ventils zur Wirkung gebracht, kann das Ventil bis zu 5Qfa des am Auslaß des Verdichters verfügbaren verdichteten Gases durchlassen und dieses Gas dem Turbinenläufer 60 zuführen,. Diese Stellung des Ventils 80 ist in Fig. 3 gezeigte Sind die Abschnitte C und D des "Ventils zur Wirkung gebracht worden, läßt das "Ventil auch den noch verbleibenden Teil der insgesamt durch den Verdichter verdichteten Gasmenge

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zu dem Turbinenläufer 60 strömen.

Der Luftauslaß J4 steht gemäß i'ig. 3 in Verbindung mit einer den Druck fühlenden Vorrichtung 86 zum Betätigen des Ventils 80. Die betätigungsvorrichtung 86 ist mit der ■bet at igungs stange 82 des ν ent ils mechanisch verbunden, ferner ist ein Anschlußstück 88 vorhanden, das eine Umgehungsleitung 90 mit dem Kanal 50 und dem Ventil 80 ,erbindet. Daher überwacht die den Druck fühlende ventilbetätigungsvorrichtung 86 ständig den in dem Förderkanal 50 herrschenden Gegendruck, um das Ventil 80 in Abhängigkeit von dem Gegendruck zu betätigen.» Wird der Druckgasverbraucher 52 abgestellt, so daß sich im Förderkanal 50 des Verdichters ein höherer Gegendruck aufbaut, wird das Ventil 80 zunächst zur Hälfte und dann vollständig geöffnet, so daß das verdichtete Gas zu der Turbine 60 zurückgeleitet wird. Infolgedessen arbeitet der ^verdichter stets in seinem Nennleistungsbereich, d.h. ein Pumpen wird vermieden, und die P^ntspannung des verdichteten Gases in der Turbine 60 führt zu einer Rückgewinnung von Energie, wodurch die Belastung des Motors 32 BMi ein Minimum verringert wird.

Ist das Ventil 80 in der in .Fig. 3 gezeigten Weise halb geöffnet, wird eine bis zu 50% betragende Teilmenge des insgesamt durch den Verdichter 10 verdichteten ^ases durch die Umgehungsleitung 90, den Abschnitt C des Ventils 80, den Kanal 74- und die beiden Kanäle 70 der einen Hälfte der üehäusekammer 68 zugeführt, um von dort aus zu dem Turbinenläufer 60 zu gelangen.

Ist das ventil 80 vollständig geöffnet, kann auch die zweite Hälfte der verdichteten ^asmenge über die umgehungsleitung; 90, den Abschnitt D des Ventils 80, den Kanal JG und die beiden Kanäle 72 zu dem Gehäuse 62 gelangen und in die andere Hälfte der Kammer 68 einströmen· Somit ermöglicht das Ventil eine stufenlose Regelung der Verdichteranlage.

Gemäß Hg. 6 münden die Kanäle 74- und 76 des Gehäuses

30 in dem Ventil 80, während ihre anderen Enden gemäß I'ig. M-

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Kammern bilden, die konzentrisch mit der Kammer 68 in dem Gehäuse 62 angeordnet sind. Diese Kammern bildenden Enden der Kanäle 74 und 76 sind als Aussparungen auf der Außenseite des Einlaßgehäuses 36 ausgebildet« Da sich die Kanäle 70 und 72 durch die Wände des Einlaßgehäuses 36 erstrecken, verbinden sie die innere Kammer 68 mit den Kanälen 74- und 76o

Gemäß Fig. 4 bildet das erste Ende eines Kanals 42 einen ringförmigen Austrittskanal, der konzentrisch mit dem Verdichterläufer 40 der ersten Stufe angeordnet' ist. Das durch die erste Stufe 16 verdichtete Gas strömt innerhalb des Gehäuses 30 durch nicht dargestellte Kanäle zu dem Zwischenkühler 22 und dann nacheinander durch die Entnebelungsvorrichtungen 26 und 26'. Das gekühlte und entnebelte Gas strömt von der Entnebelungsvorrichung 26' aus innerhalb des Gehäuses 30 nach oben durch einen Kanal 44, der an seinem anderen Ende eine Kammer im Gehäuse 46 der zweiten Verdichterstufe bildet. Das verdichtete Gas wird dem Läufer 48 der zweiten Verdichterstufe zugeführt, um weiter ver-. dichtet und dann dem Abgabekanal 50 zugeführt zu werden* Gemäß I¹Xg. 4 und 5 verläuft der Abgabekanal 50 quer zu der ersten Stufe 16 und der zweiten Stufe 18 oberhalb der zugehörigen Gehäuseteile 36 und 46, und der Auslaß 34 befindet sich auf der Oberseite des Gehäuses 30.

Gemäß Fig. 6 erstreckt sich der Austrittskanal 50 außerdem in der gleichen Querrichtung; gegenüber dem "Ventil 80, in dem er mündet.

Gemäß Fig. 6, wo weitere Einzelheiten des Ventils 80 dargestellt sind, trägt die Betätigungsstange 82 einen Hohltylinder 98 mit axialen öffnungen 100 und radialen Öffnungen 101, die es ermöglichen, das erneut umgewälzte verdichtete Gas von dem Austrittskanal 50 aus umzuleiten und es entweder nur dem Kanal 74 oder den beiden Kanälen und 76 zuzuführen. Bei der in Fig. 6 gezeigten Stellung ist das Ventil vollständig geschlossen, so daß keine Eückum-

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f von verdichtetem Gas stattfindet. Line Lichtung auf der ^ui. enceite den hohlZylinders ^r-)b verhindert, daß. verdichtetes Gas zu dem L an al 74 gelangt, frenn die Druckfühl- bzw» Ventilbetätigungsvorrichtung 86 das Vorhandensein eines Gegendrucks in dem Kanal ^O feststellt, zieht sie die Betätigungsstange 82 zurück, so daß sich der Hohlzylinder gemäß Fig. 6 nach rechts bewegt und die Dichtung 102 zunächst einen kleinen Bruchteil des Querschnitts des Kanals 74 und dann einen sich weiter vergrößernden Teil dieses Querschnitts freigibt, bis schließlich eine Gamnenge, die bis zur Hälfte der verdichteten Gasmenge entspricht, durch das Ventil 80 zu dem Turbinenläufer 60 strömen kann, wenn der Hohlzylinder 98 den Kanal 74 fortschreitend freigibt» Steigert sich der Gegendruck weiter, zieht die Betätigungsstange 82 den Hohlzylinder 98 weiter zurück, bis die Dichtung 104 am U_mfang des Hohlzylinders beginnt, das benachbarte Ende des Kanals 76 zu öffnen, so daß ein sich fortschreitend vergrößernder Teil der insgesamt durch den Verdichter 10 geförderten Gasmenge, die sich bis zur Hälfte der ge-r samten geförderten Menge vergrößern kann, dem Turbinenläufer 60 zugeführt wird, um entspannt zu werden, zurückgewinnbare Energie abzugeben und dann die Anlage erneut zu durchströmen. Somit ist gemäß der Erfindung eine stufenlos regelbare Rückgewinnung von Energie möglich.

Die beiden sekundären Einlasse der ersten Verdichterstufe, die durch die Kanäle 70 und 72 und die zugehörigen Teile der inneren Kammer 68 gebildet werden, sind parallelgeschaltet und gleichachsig mit dem primären Einlaß ange-· ordnet, der durch die das Gehäuse 62 umgebende ringförmige Einlaßkammer gebildet wird. Daher führen die drei Gaseinlässe das Gas dem Verdichterläufer 40 unter dem optimalen Anblasewinkel zu, für den die Schaufeln dieses Läufers konstruiert sind. Gemäß Fig. 4 sind Leitschaufeln 96 vorhanden, die von radial nach innen in das Gehäuse 56 hineinragenden Rippen 94 getragen werden und dazu dienen, dem von einer Turbinendüse 92 und dem Turbinenläufer 60 abgegebenen Gas-

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strom die gewünschte xiichtung zu geben und ihn dem VerdLchterläufer 40 zuzuführen.

.Der erf indungsoemäfse Verdichter 10 ist eigens so ausgebildet, daß sich Vvartungsarbeiten leicht durchführen lassen; zu diesem Zweck sind die beiden Verdichterstufen 16 und 18, das Ventil 80, der Zwischenkühler 22 sowie die ILntnebelungsvorrichtungen 26 und 26' leicht zugänglich und auswechselbar. Nach dem !entfernen der Haltevorrichtungen lassen sich die Gehäuse 36 und 46 leicht ausbauen, frach dem Entfernen der Gehäuse 36 und 46 lassen sich die Verdichterläufer 40 und 48 zusammen mit den zugehörigen Umschließungen verschieben und außer Eingriff mit dem Zahnradgetriebe bringen. Der Verdichterläufer 40 läßt sich nur zusammen mit dem Turbinenläufer 60 ausbauen, da diese beiden !'eile fest mit einer gemeinsamen Welle verbunden sind.

Gemäß Fig. 3 wird dem Zwischenkühler 22 ein Kühlmittel, z.B. Wasser, mit Hilfe einer Speiseleitung 110 zugeführt und.aus dem Zwischenkühler durch eine Rohrleitung 112 abgeführt» In die Speiseleitung 110 ist ein Drosselventil 114 eingeschaltet, damit die Menge des dem Zwischenkühler je Zeiteinheit zugeführten Kühlmittels geregelt werden kann. Der Gaseinlaß des Zwischenkühlers ist mit einem Temperaturfühler 116 versehen, der die Gaseinlaßtemperatur überwacht und mit- dem Drosselventil 114 gekuppelt ist, um die Kühlmittelzufuhr zu regeln« Diese Anordnung ist vorgesehen, um zu gewährleisten, daß der Zwischenkühler ohne Rücksicht auf unterschiedliche Temperaturen des ihm zugeführten Gases so betrieben wird, daß das abgekühlte Gas mit einer bestimmten optimalen Temperatur abgegeben wird» Bei einem bestimmten erfindungs^emäiien Verdichter ist z.B. ein Zwischenkühler 22 vorhanden, durch den eine feste Gas temperatür von etwa Yj C! aufrechterhalten wird.

bei dem hier als Ausführungsbeispiel der Erfindung beschriebenen Verdichter sind zwei Verdichtungsstufen vorhandene Mn bekannter Vorteil, den die Verwendung von

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drei Verdichtungsstufen anstelle von nur zwei otufen bietet, beeüeht in der niedrigeren -Temperatur des verdichteten üases. Gemäß der .Erfindung hat es sich jedoch überraschenderweise gezeigt, daß es bei einem zweistufigen Verdichter trotz der aus anderen Gründen unerwünscht hohen temperatur des verdichteten Lases möglich ist, eine vorteilhafte Anordnung zu schaffen.

Verdichter einschließlich der mit !energierückgewinnung arbeitenden Verdichter, z.B. auch des erfindungsgemäßen Verdichters müssen häufig Luft verarbeiten, deren Temperatur in der iN'ähe des Gefrierpunktes oder darunter liegt» Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß das Beimischen eines in einer dritten Stufe verdichteten Gases zum Umgebungsluft mit einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt in einer Energierückgewinnungsturbine vor dem Zuführen des Gemisches zu der ersten Stufe leicht zu einer Vereisung führt.

Gewöhnlich geht tatsächlich die ^üemischtemperatur bei einem dreistufigen Verdichter, bei dem Energie aus der dritten Sw^3 zurückgewonnen wird, bei einer Umgebungstemperatur von etwa 10° C und darunter auf einen Wert unterhalb des Gefrierpunktes zurück. Da der Zwischenkühler 22 eine Lufttemperatur von etwa 35° G aufrechterhält, wird aus der Luft durch die Entnebelungsvorrichtungen 26 und 26' bei disen niedrigen Temperaturen am Verdichtereinlaß keine Feuchtigkeit entfernt. 1st die Umgebungsluft mit Feuchtigkeit gesättigt, und beträgt die -Lufttemperatur am Verdichtereinlaß weniger als 0° G, besteht die Möglichkeit, daß die Luft freie feuchtigkeit enthält, und daß daher die Gefahr eines Vereisens des Verdichbereinlasses besteht»

Nimmt man z.L. an, daß die Temperatur der Umgebungsluft etwa 4,5° C und ihr Druck etwa 1,02 ata beträgt, kann trockene Luft je Kilogramm etwa 5»3 g Wasser enthalten. Wie aus der graphischen darstellung in i<ig. ^r/ ersichtlich, beträgt bei einem dreistufigen Verdichter die Gemischtemperatur am Verdichtereinlaß bei einer Umgebungslufttem-

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peratur von etwa 40 χ"¹ (etwa 4,5° 0) nur etwa 29 1^? (-1,67° C). Bei dieser ^ritmperatur kann trockene Luft je Kilogramm nur etwa 3,6 g Wasser aufnehmen. Bei der Differenzmenge von etwa 1,7 g Wasser je Kilogramm handelt es sich um freie Feuchtigkeit, die schließlich in Ms verwandelt wird. Bei der erfindungsgemäßen Rückgewinnung von Energie aus der zweiten Verdichterstufe liegt jedoch die Gemischtemperatur am Verdichtereinlaß dann, wenn die Umgebungsluft eine Temperatur von etwa 4,5° C hat, "bei etwa 82° F (etwa 27,8° G).

Aus den vorstehenden Ausführungen ist die "Überlegenheit der erfindungsgemäßen, mit Energierückgewinnung arbeitenden zweistufigen Anordnung gegenüber einem dreistufigen Verdichter ohne weiteres ersichtlich. Zusammenfassend kann man feststellen, daß sich die erfindungsgemäße zweistufige Anordnung auch bei großen Unterschieden bezüglich der Lufttemperatur am Verdichtereinlaß betreiben läßt, während dieser Temperaturbereich bei einem dreistufigen Verdichter durch die Gefahr des Vereisens des Verdichtereinlasses eingeschränkt ist.

Die in Fig. 7 wiedergegebenen graphischen Darstellungen ermöglichen es anhand eines Beispiels, eine zweistufige und eine dreistufige Verdichteranordnung zu vergleichen, bei denen etwa 80% des durch den Verdichter verdichteten Gases erneut der Turbine 60 zugeführt werden, während dem Verbraucher 52 nur ein Anteil von etwa 20% zugeführt wird. Wie erwähnt, ist der erfindungsgemäße Verdichter so ausgebildet, daß der Zwischenkühler 22 eine feste Gastemperatur von N° S¹, insbesondere von 95° Έ (etwa 35° C), aufrechterhält. Bei dem erfindungsgemäßen Verdichter ist ferner eine zweite Stufe vorhanden, die so arbeitet, daß diese feste Temperatur auf einen Wert von N . X erhöht wird, und die Turbine "entspannt das Gas bei dieser Temperatur, so daß seine Temperatur auf etwa Έ . X/n zurückgeht; bei der erfindungsgemäßen Konstruktion führt das Produkt aus N und X zu einer

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'-Temperatur von etwa J⁷Kj⁰ ¥ (etv/a Τ,Ί° C), und aus dem Μΐε-di'ucl: !ν . λ/ η erpibt sich eine Temperatur von etwa 90° F (etwa J2° C). Jei einer vergleichbaren typischen, mit I^nergierückr.ewinmiiif; arbeitenden dreistufigen Anordnung würde sich eine Auslaßtemperatur H . X von etwa 250° F (etwa 121° C) und eine temperatur des entspannten Gases von etwa 20° i' (etwa -6,7° C) ergeben. Natürlich sind diese Zahlenwerte willkürlich gewählt, und Jedem i'schmann ist es möglich, bestimmte Änderungen vorzusehen, !»a sich die erfindungsgemäße Konstruktion nicht auf bestimmte feste Temperaturen am Auslaß der zweiten Stufe und am Auslaß der Turbine beschränkt, werden die betreffenden Parameter durch Formelgrößen dargestellt, d.h. durch K, K . X und N.« X/n. Jedoch lehrt die Erfindung auf unmißverständliche Weise, daß der Zwischenkühler 22 auf einer vorbestimmten Temperatur N gehalten wird, die bei der bevorzugten Ausführungsform etwa 35° C beträgt, eine wirtschaftliche Verdichtung in einer zweiten Stufe durchzuführen, bei der sich gleichzeitig die Gastemperatur auf N . X von z.B. etwa 171° C erhöht, und eine wirtschaftliche Entspannung in einer Turbine zu bewirken, durch welche gleichzeitig die Gastemperatur auf N . X/n bzw. etwa 32° C gesenkt wird. Die Erfindung beschränkt sich somit tiicht auf die genannten Temperaturwerte, doch lehrt sie die Vermeidung einer Rückgewinnung von Energie aus einer dritten Stufe, bei der die Gastemperatur am Auslaß der dritten Stufe erheblich niedriger ist als am Auslaß der zweiten Stufe, wobei die Entspannungstemperatur an der Turbine nur einem Bruchteil der Turbinenentspannungstemperatur eines durch eine zweite Stufe ,verdichteten Gases entspricht, so daß gemäß der Erfindung eine Anordnung geschaffen worden ist, die es ermöglicht, ein Vereisen der ersten Stufe durch von dem zugeführten Gas mitgeführte feuchtigkeit zu verhindern.

Patentansprüche: 209883/06B3 Bad

Claims (1)

1. P A 'L¹ E N ¹E A If 3 P R Ü C [[ Κ

   Gai5verdic;hter mit mindestens einer ersten Ga tungsstufe, zu der eine Einrichtung zum Verdichten von zugeführt e'm Gas gehört, Gaseinlaßeinrichtungen zum Zuführen von Gas zu der Verdichtungseinrichtung der ersten Stufe und mit der ersten Stufe in Strömungsverbindung stehenden Einrichtungen zum Abgeben von verdichtetem Gas, dadurch gekennzeichnet , daß zu den Gaseinlaßeinrichtungen mehrere, insbesondere mindestens drei getrennte Einlaßeinrichtungen (14, 36, 70, 72, 68) gehören, daß alle diese Gaseinlaßeinrichtungen parallel angeordnet sind, um der ersten Verdichtungseinrichtung (40) Gas in der gleichen gemeinsamen Richtung zuzuführen, daß mindestens zwei bestimmte der verschiedenen Gaseinlaßeinrichtungen (70, 72) teilweise von einer weiteren Gaseinlaßeinrichtung (36) des genannten Satzes umschlossen sind, und daß eine Wandanordnung (66) vorhanden ist, um das durch eine der beiden bestimmten Gaseinlaßeinrichtungen (70) zugeführte Gas von dem durch die zweite der beiden Einlaßeinrichtungen zugeführten Gas getrennt zu halten.

   2. Gasverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Gehäuse (30) mit einer darin ausgebildeten Aussparung vorhanden ist, daß die erste Verdichtungseinrichtung (40) in die Aussparung herausnehmbar bzw. auswechselbar eingebaut ist, daß die genannte weitere Gaseinlaßeinrichtung (36) herausnehmbar bzw. auswechselbar in die Aussparung eingebaut ist, und daß die genannte andere Gaseinlaßeinrichtung (36) einen langgestreckten, an beiden Enden offenen zylindrischen Mantel bildet, der eine Gasströmungsverbindung umschließt, welche sich von einer öffnung (38) des Gehäuses (30) zu der ersten Verdichtungseinrichtung erstreckt.

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   22.'!(.i/3 1

   j. CrLH)Vevdich ler nuoh Atir:- -ucr 1', dadurch ■; ü k £ π ti κ e L o h η e b , daß dio beiden bef> fcimm Len Gaue LnIa; e Inriehtungen (70, I'd.) eino t'inrijhburu:· (62) sum Abgrenzen einer Kämmet' (bö) aufweiten, daß an die andere Gase LnUißeinr.l·:'¹ tun ■; (36) eino weitere Einrichtung (64) angeschlossen ist, welche die Kammer innerhalb der anderen GaseinlaQe Inrlohttm?.; unterstützt, daio die Kammer eine Austrittsöffnung {^'-') aufweist, die zu der ersten Verdichtungseinrichtung (40) führt, und daß die die Kammer unterstatzende Einrichtung mit Kanälen (70, 72) versehen ist, die dazu dienen, der Kammer Gasströme an einem von der genannten Austrittsöffnung durch einen Abstand getrennten Punkt zuzuführen,

   4. Gasverdichter nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (68) in ihrem Inneren eine Trennwand (66) zum Unterteilen der Kammer in mehrere getrennte Abschnitte aufweist, und daß zu den beiden bestimmten Gaseinlaßeinrichtungen ein erstes Paar von Kanälen (70) gehört, die Gas nur einem der Abschnitte der Kammer zuführen, sowie ein zweites Paar von Kanälen (72), die Gas nur einem anderen Abschnitt der Kammer zuführen.

   5. Gasverdichter nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet , daß die genannte Austrittsöffnung eine ringförmige verengte Düse (92) bildet, und daß mit der ersten Verdichtungseinrichtung (40) eine zwischen ihr und der Düse angeordnete Gasentspannungseinrichtung (60) gekuppelt ist.

   6. Gasverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die genannte Düse eine Turbinendüse (92) bildet, und daß zu der Gasentspannungseinrichtung ein Turbinenläufer (60) gehört.

   7. Gasverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß zu der ersten Verdichtungseinrichtung ein in der Strömungsrichtung hinter dem Turbinenläufer (60) drehbar gelagerter Verdichterläufer (40) gehört, und daß der

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   Turbinenläufer und der Verdienterlaufer eine zusammenhängende, nicht zerlegbare Einheit bilden.

   8. Gasverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Gasabgabeeinrichtung in dem Gehäuse (30) ausgebildete Kanäle (42, 44) zum Aufnehmen von durch die erste Verdichtungseinrichtung (40) verdichtetem Gas gehören, daß ein Ventil (80) vorhanden ist, das mindestens einen JSinlaßkanal (88), mehrere Auslaßöffnungen (O, D) und einen Ventilkörper (98) aufweist, der nach Bedarf jeweils in eine von mehreren Arbeitsstellungen bringbar ist, um bei einer ersten Arbeitsstellung einen von dem Einlaßkanal (88) aus zu den Auslaßöffnungen führenden Kanal zu verschließen, um in einer zweiten Arbeitsstellung zuzulassen, daß eine bis zu einer vorbestimmten Menge vergrößerbare Gasmenge von dem Einlaßkanal zu einem'der Auslaßkanäle (G) strömt, und um bei einer dritten Arbeitsstellung zuzulassen, daß eine fortschreitend variable Gasmenge, die größer ist als die genannte vorbestimmte Gasmenge, von dem Einlaßkanal sowohl zu dem einen Auslaßkanal (C) als auch zu dem anderen Auslaßkanal (D) strömt, daß zu den genannten Kanälen ein erster Kanal (74) gehört, der den einen Auslaßkanal (C) mit einer der beiden bestimmten Einlaßeinrichtungen (70) verbindet, sowie ein zweiter Kanal (76), der den anderen Auslaßkanal (Ώ) mit der zweiten Einlaßein— richtung (72) verbindet, und daß eine zum Fühlen eines Drucks geeignete Ventilbetätigungsvorrichtung (86) vorhanden ist, die an die Gasabgabeeinrichtung (34) angeschlossen ist, um den Gasdruck in der Gasabgabeeinrichtung zu fühlen, wobei die den Druck fühlende Ventilbetätigungsvorrichtung eine mit dem Ventilkörper (98) gekuppelte Einrichtung (82) aufweist, die es ermöglicht, den Ventilkörper automatisch und allmählich in die erste bzw. die zweite bzw. die dritte Arbeitsstellung zu bringen, wenn in der Gasabgabeeinrichtung ein erster bzw. ein zweiter bzw. ein dritter Gasdruck gefühlt wird.

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   9. Gasverdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine zweite Gasverdichtungsstufe (18) mit einer Einrichtung (48) zum Verdichten von der zweiten Stufe zugeführtem Gas vorhanden ist, daß zu der Gasabgabeeinrichtung Kanäle (42, 44) gehören, die eine Gasströmungsverbindung zwischen der ersten Verdichtungsstufe (16) und der zweiten Verdichtungsstufe bilden, so daß verdichtetes Gas von der ersten Verdichtungsstufe zu der zweiten Verdichtungsstufe geleitet wird, daß eine Einrichtung (50) vorhanden ist, die das verdichtete Gas aus der zweiten Verdichtungsstufe abführt, und daß eine Einrichtung (88) vorhanden ist, welche die Einrichtung zum Abführen des verdichteten Gases aus der zweiten Verdichtungsstufe mit der den Druck fühlenden Ventilbetätigungsvorrichtung (86) verbindet, damit dieser Vorrichtung verdichtetes Gas aus der zweiten Verdichtungsstufe zugeführt wird.

   10. Gasverdichter nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet , daß die genannte Verbindungseinrichtung (88) so ausgebildet ist, daß sie es ermöglicht, die Einrichtung (50) zum Abführen des verdichteten Gases aus der zweiten Verdichtungsstufe (18) den beiden bestimmten Einlaßeinrichtungen (70, 72) zuzuführen.

   11. Gasverdichter, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (40) zum Verdichten von Gas, Gaseinlaßkanäle (14, 36, 70, 72, 68) zum Zuführen von Gas zu der Verdichtungseinrichtung, eine Einrichtung (60) zum Entspannen von durch die Verdichtungseinrichtung verdichtetem Gas, wobei zu den Gas'einlaßeinrichtungen mehrere und mindestens drei getrennte Gaseinlaßeinrichtungen gehören, sowie durch weitere Kanäle (42, 44»,. 70, 72), welche die Verdichtungseinrichtung mit der Gasentspannungseinrichtung verbinden, um der Entspannungseinrichtung Gas zuzuführen.

   12. Gasverdichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß zu der Gasentspannungseinrichtung eine Einrichtung (60) zum Zurückgewinnen von Energie aus dem ihr zugeführten Gas gehört.

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   13. Gasverdichter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß zu der Gasentspannunjseinrichtuna· ein Turbinenläufer (60) gehört, daß zu der Verdichtunjseinrichtung ein Verdichterläufer (40) gehört, und daß die beiden Läufer fest miteinander verbunden sind, so daß die durch den Turbinenläufer zurückgewonnene Energie dazu dient,- den Verdichterläufer anzutreiben.

   14. Gasverdichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß zu den Verbindungskanälen (42, 44.·· 70, 72) eine Einrichtung (34) zum Abführen verdichteten Gases aus der Verdichtungseinrichtung gehört, daß mit der Abgabeeinrichtung eine Einrichtung (86) zum Fühlen des Gasdrucks in der Abgabeeinrichtung verbunden ist, daß mit der Abgabeeinrichtung ein Ventil (80) verbunden ist, daß die beiden genannten Gaseinlaßeinrichtungen (70, 72) dazu dienen, sowohl einen Gasstrom zwischen der Abgabeeinrichtung (34) und der Entspannungseinrichtung (60) strömen zu lassen als auch die Zufuhr von Gas zu der Entspannungseinrichtung zu verhindern, und daß der Fühleinrichtung (-86) eine weitere Einrichtung (82) zugeordnet ist, die dazu dient, das Ventil automatisch in Abhängigkeit vom Auftreten bestimmter Gasdrücke in der Abgabeeinrichtung so zu betätigen, daß der Entspannungseinrichtung Gas zugeführt bzw. ihr kein Gas zugeführt wird.

   15· Gasverdichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (80) im Zusammenwirken mit der Fühl- und Betätigungsvorrichtung (86) automatisch arbeitet, um der Entspannungseinrichtung (60) einen Gasstrom nur über eine der getrennten Gaseinlaßeinrichtungen (70) oder über mehrere der getrennten Gaseinlaßeinrichtungen (70, 72) zuzuführen.

   16. Gasverdichter, gekennzeichnet durch einen Antriebsmotor (32), eine durch den Antriebsmotor antreibbare erste Einrichtung (40) zum Aufnehmen und Verdichten von ihr zugeführtem Gas, sowie durch eine teilweise durch den Antriebsmotor antreibbare zweite Einrichtung (18, 88, 40), die das Ver-

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   eisen der ersten Verdichtungseinrichtung durch verhindert, die von dem der ersten Verdicht un <jse Lnrichtunr: zugeführten Gas raitgeführt wird.

   17. G-asverdichter nach Anspruch 16, dadurch g e k e η η zeichnet , daß au der zweiten Einrichtung eine weitere Einrichtung zum Ändern der Temperatur des der ersten Verdichtungseinrichtung zugeführten Gases gehört.

   18. Gasverdichter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daf3 zu der zweiten Einrichtung (18, 86, 40) eine Einrichtung (116) gehört, die verhindert, daß die Temperatur des der ersten Verdichtungseinrichtung (40) zugeführten Gases auf unter O⁰O herabgesetzt wird.

   19. Gasverdichter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Einrichtung eine weitere Einrichtung (36) aufweist, die dazu dient, der ersten Einrichtung Gas sowohl unter dem Umgebungsdruck und mit der Umgebungstemperatur als auch Gas mit einem höheren Druck und einer höheren Temperatur zuzuführen, daß eine Einrichtung (40) vorhanden ist, um dat. reit dem höheren Druck zugeführte Gas zu entspannen und so die höhere Temperatur dieses Gases herabzusetzen, daß eine Einrichtung (16) vorhanden ist, die es ermöglicht, das unter dem Umgebungsdruck zugeführte Gas mit dem sich entspannenden Gas zu mischen, bevor beide Gasmengen der ersten Verdichtungseinrichtung zugeführt werden, um ein Gasgemisch mit einer bestimmten eingestellten Temperatur zu erzeugen, und daß die Einrichtungen zum Zuführen von Gas und zum Entspannen von Gas so zusammenwirken, daß das entspannte Gas der Mischeinrichtung mit einer bestimmten, in einem begrenzten Ausmaß herabgesetzten Temperatur zugeführt wird, so daiJ beim Mischen des entspannten Gases mit dem aus der Umgebung zugeführten Gas die genannte eingestellte Temperatur über O⁰C liegt.

   20. Gasverdichter nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet , daß zu der Entspannungseinrichtung ein Turbinenläufer (60) gehört, daß zu der Gaseinlaßeinrichtung eine

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   dritte Einrichtung (4B) gehört, die durch den Antriebsmotor (32) antreibbar ist, um das zugeführte Gas aufzunehmen und zu verdichten, daß eine Einrichtung (44) vorhanden ist, die es ermöglicht, der dritten Einrichtung zu verdichtendes Sas zuzuführen, daß Einrichtungen (50, 90...) vorhanden'sind, mittels welcher das durch die dritte Einrichtung verdichtete Gas dem Turbinenläufer zugeführt wird, um durch ihn entspannt zu werden, (feß eine Einrichtung (16) vorhanden ist, mittels welcher das von dem Turbinenläufer abgegebene entspannte Gas aufgenommen und der. Mischeinrichtung zugeführt wird, daß zu der Mischeinrichtung eine die erste Einrichtung teilweise umschließende Einrichtung (16) gehört, und daß der Gaszufübungseinrichtung eine weitere Einrichtung (38) zum Zuführen von Umgebungsluft zu der die erste Einrichtung teilweise umschließenden Einrichtung zugeordnet ist.

   21. Gasverdichter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (48) beim Zuführen von Gas mit einer festen Temperatur von H⁰C das Gas verdichtet, um die Temperatur des Gases auf etwa I . X⁰ G zu steigern, daß der Turbinenläufer (60) beim Zuführen verdichteten Gases mit einer Temperatur von etwa N . X⁰ G das zugefü^rte Gas entspannt, um die Temperatur des Gases auf etwa N . X/n 0 herabzusetzen, und daß das Gas,das sich auf einer Temperatur von N . X/n° C befindet, beim Vermischen mit Umgebungsluft, deren Temperatur im Bereich von -17,8 bis 38⁰C liegt, bewirkt, daß die genannte eingestellte Temperatur in einen Bereich fällt, der sich von O⁰C aus nach oben erstreckt.

   22. Gasverdichter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Gaseinlaßeinrichtung ferner eine Einrichtung (22) gehört, die dazu dient, Gas auf eine feste Temperatur von N⁰C abzukühlen, ferner eine Einrichtung (42) zum Entnehmen verdichteten Gases aus der ersten Verdichtungseinrichtung (40) und zum Zuführen dieses Gases zu der Kühleinrichtung zum Zweck des Abkühlens des Gases, sowie Einrichtungen (26, 26') zum Weiterleiten des abgekühlten Gases aus der Kühl-

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   einrichtung zu der genannten Einrichtung bzw. dem Kanal (44), mittels dessen das Gas der dritten Einrichtung (48) zugeführt wird, um verdichtet zu werden.

   23· Gasverdichter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß zu den Verbindungseinrichtungen (50, 90) Einrichtungen (86, 80) gehören, die dazu dienen, das Volumen des Gases zu regeln, das durch die dritte Einrichtung (48) verdichtet und dem Turbinenläufer (60) zugeführt wird.

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