Mehrgehäusige Turbokompressoranlage. Im Gegensatz zum Turbogebläse werden beim Turbokompressor zwischen allen oder einzelnen Stufen Wärmeaustauscher angeord net, deren Flächen bei der angestrebten An näherung an die isotherme Verdichtung so gross werden, dass sie nicht mehr innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses untergebracht werden können. Dadurch ergibt sich für den Kompressor eine Unterteilung in einzelne Stufengruppen, die in je einem besonderen Gehäuse entweder auf einer gemeinsamen Welle oder auf getrennten Wellen, also dreh zahlunabhängig voneinander, angeordnet sein können.
Die letztere Art erbringt bekanntlich den grossen Vorteil, dass jede Gruppe des Kom- pressors, die aus einer oder mehreren axial oder radial durchströmten Stufen besteht, mit der für das jeweilige Fdrdervolumen gün stigsten Drehzahl gebaut, und betrieben wer den kann.
Antriebsseitig stehen dem allerdings noch Schwierigkeiten entgegen, obwohl einige derartige Lösungen bereits bekannt sind, zum Beispiel ein Antrieb von vier Wellen über ein grosses Zahnrad bei verschiedenen Ritzel- durehmessern. Trotz der damit vergleichsweise erreichten Verringerung der Stufenzahl lässt sieh der Aufwand für das Getriebe in wirt schaftlicher Hinsicht nur dann vertreten, wenn ein solches infolge der niedrigen Dreh zahl der Antriebsmaschine, zum Beispiel eines Drehstrommotors, ohnehin erforderlich ist.
Ferner ist auch schon vorgeschlagen wor den, bei einem Turbokompressor mit Dampf- oder Gasturbinenantrieb die Antriebsseite in mehrere hintereinandergeschaltete und mit verschiedenen Drehzahlen betriebene Einzel < turbinen zu unterteilen und jeder derselben einen 'Teil der Kompressorstiüen zuzuordnen,
nämlich der zuerst durchströmten Hochdruck turbine den zuletzt durchströmten Hochdruck teil des Kompressors und der zuletzt durchströmten Niederdruckturbine den, zuerst durchströmten Niederdruckteil des Kompres- sors, so dass sich nach Druckabschnitten ge. trennte Aggregate ergeben.
Die Durchführung der Expansion des Treibmittels in mehreren Turbinengehäusen ist nun aber nicht wie die Verdichtung beim Kompressor durch zwischengeschalteteWärme- austauscher bedingt und ergibt nicht. nur höhere Baukosten, sondern auch eine Vermeh rung der Leck- und Umleitimgsverluste. Da es somit zweckmässig ist, die Turbine gehäuse mässig nicht so weitgehend zu unterteilen wie den Kompressor, hat man daran gedacht-, jede Turbinenwelle an beiden Enden mit einem Kompressorläufer zu verbinden.
Bei einer praktisch vor allem in Betracht kommenden Anordnung einer zweigehäusigen Turbine mit einem Hochdruck- und einem Niederdruekteil erhält man dann also eine vierfache Unter teilung des Kompressors. Diese Massnahme stellt- jedoch einen Kompromiss dar, weil der Vorteil verschiedener Drehzahlen für je zwei von einer gemeinsamen Turbinenwelle ange triebene Kompressorteile nicht ausgenutzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es doch möglich ist, ohne Verwendung eines Getriebes einerseits und ohne eine unwirtschaftliche weitgehende Un terteilung der Antriebsturbine anderseits alle in getrennten Gehäusen untergebrachten Teile des Kompressors drehzal-lunabhängzg vonein ander zu betreiben, wenn man gemäss der Erfindung ein Aggregat vorsieht, bei dem je ein Teil des Kompressors zu beiden Seiten einer gegenläufig ausgebildeten Antriebstur bine angeordnet und mit einem ihrer beiden Turbinenläufer gekuppelt ist, die in einem ge meinsamen Gehäuse untergebracht sind, aber getrennte Wellen und entgegengesetzte Dreh richtungen haben.
Dadurch kann die betre'- fende Aufgabe in relativ einfacher und auch betriebsmässig allen Forderungen gerecht wer dender Weise gelöst werden, wobei zii be denken ist, dass durch die entgegengesetzte Drehrichtung von unmittelbar nacheinander durchströmten Schaufelkränzen der beiden zueinander gehörenden Turbinenläufer be kanntlich unter sonst gleichen Voraussetzun gen nur etwa ein Viertel der Stufenzahl er forderlich ist gegenüber der normalen Anord nung mit stillstehenden Leitscha.ufelkränzen zwischen allen Laufschaufelkränzen.
Die gegenläufige Turbine ist an sich, ins besondere als Radialturbine für den Antrieb von Stromerzeugern, bereits bekannt. Wenn man sich trotzdem bisher nicht dazu ent schliessen konnte, diese bewährte Bauart auch zum Kompressorantrieb zu verwenden. so ist das offenbar darauf zurückzuführen, dass die Gründe, die zur Entwicklung der gegenläufi gen Generatorturbine geführt haben, ganz an dere sind.
Dort wird nämlich für beide Läufer derselben eine möglichst genaue Übereinstim mung der Drehzahl und des Drehmomentes angestrebt, beim Kompressor, dessen beide Teile hintereinandergesehaltet sind, dagegen ein bestimmter und möglichst im Betrieb ver änderlicher Unterschied der Drehzahl, unter Umständen auch des Drehmomentes.
Daraus ergibt sich in beiden Fällen auch eine Ver- sehiedenheit in der konstruktiven Ausfüh rung der Besehaufelung und in der Regelung, wogegen der Vorteil einer Vereinfaehung und Verbilligung der Beschaufelung im V eigleich zur nicht gegenläufigen Bauart beim Genera tor- und Kompressorenant.r ieb in gleicher Weise vorhanden ist und auch durch eventuell neben den umlaufenden Schaufeln an einzel nen Stellen notwendige,
feststehende Leit- schaufeln zur Veränderung des Drehmomentes nicht wesentlich beeinflusst wird.
Je nach den turbinen- und verdichterseitig zu verarbeitenden Gefällen und den sonstigen Betriebsbedingungen, zum Beispiel Dampf bzw. Druckluftentnahme aus einer oder meh reren Zwischenstufen, sind die v ersehieden- a.rtigsten Ausführungsformen der Erfindung möglich, von denen auf der Zeichnung zwei schematische Beispiele und ein konstruktives Beispiel dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt schematisch eine besonders ein- faehe Schaltung. Von den beiden dampfseitig zum Beispiel hintereinandergeschalteten Läu fern (vgl. Fig.3) einer gegenläufigen Tur bine 1 treibt der eine Läufer (links) den Nie derdruckverdichter 2 und der andere Läufer (rechts) den Hoehdruckv erdiehter 3 an, zwi schen denen ein Wärmeaustauscher .1 ange ordnet ist.
Dabei können die beiden Wellen entweder, wie gezeichnet, nur zwischen den Turbinenläufern und den zugehörigen Ver- dichterteilen oder auch zu beiden Seiten der letzteren gelagert sein.
Fig. 2 zeigt eine ähnliche Anlage für hö here Drücke, bei der eine gegenläufige Hoch druckturbine 5 zwei hintereinandergeschal- tete Hochdruckgruppen 6, 7 des Verdichters und eine gegenläufige Niederdruekturbine S zwei ebenfalls hintereinandergeschaltete Nie- derdriiekgruppen 9, 10 des Verdichters an treiben. Durch drei Wärmeaustauscher 11 bis 13 wird zwischen den vier Verdiehtergruppen die Kompressionswärme abgeführt.
Die Niederdruckturbine 8 kann, auch wenn sie an einen Kondensator 14 angeschlossen ist, solange die 'Schaufellänge beherrschbar ist, ebenso wie die Hochdruckturbine '5 im Sinne der Turbine 1 gemäss Fig. 1 gegenläufig ein- flutig gebaut werden. Das wird insbesondere dann der Fall sein, wenn in einer Zwischen stufe eine Entnahme stattfindet. Wird aber infolge hohen Vakuums oder etwa gar durch weitere Dampfzufuhr das zu verarbeitende Dampfvolumen im Niederdruckbereich zu gross, so kann es wirtschaftlich sein, die be treffende Turbine 8 doppelflutig zu bauen.
Dabei wird aus Gründen baulicher Einfach heit zweel,-mässig auf eine Gegenläufigkeit ver zichtet. Ebenso kann es unter Umständen wirtschaftlich sein, die beiden Niederdruck- ;ruppen 9, 10 des Verdichters parallel zu sehalten.
Die Fig. 3 bis ä lassen im Axialteilsehnitt bzw. in Zylinderschnitten eine konstruktive Ausführung einer gegenläufigen Axialturbine mit den beiden Läufern 15, 16 erkennen. Der eine Läufer 15 hat einen schaiüelkranz 17 und der andere Läufer 1ö hat zwei Schaufel kränze 18, 19, zwischen denen sich ein Leit- sehaufelkranz 20 befindet, der an dem für beide Läufer gemeinsamen Gehäuse 2.1 be festigt ist.
Dem einkränzigen Läufer 1:5 sind zwei Leitkranzsektoren 22, 23 mit verschie denem Profil vorgeschaltet, denen das Treib mittel aus den zugehörigen Kammern 2'4 bzw. 25 in regelbarem Verhältnis zugeführt wird. Nenn das Treibmittel in zunehmendem Masse durch die Leitschaufeln 22. zugeführt wird, werden die Drehzahl und das Drehmoment des zuerst beaufschlagten Läufers 15 erhöht; um gekehrt ist es bei stärkerer Zuführung des Treibmittels durch die Leitschaufeln 23.
Auf diese Weise kann das bei einer bestimmten Verteilung des Treibmittels auf beide Leit- kränze durch die Wahl der :Schaufelprofile und -winkel gegebene Drehzahl- und Dreh momentverhältnisse zwischen beiden Läufern in gewissen Grenzen willkürlich geändert wer den.