Beschreibung Turboverdichter Die Erfindung betrifft einen Turboverdichter, der zur Förderung eines Mehrphasengemisches geeignet ist, mit einem eine Leiteinrichtung aufweisenden Gehäuse und einer Welle mit wenigstens einem Laufrad. Turboverdichter, die auch als Turbokompressor bezeichnet werden, werden zum Fördern eines Fluids durch Übertragung kinetischer Energie in Form eines Drehimpulses eingesetzt. Ein gefördertes Gas wird dabei in einem Verdichter komprimiert. Eine typische Anwendung ist die Förderung von Erdgas, aller- dings kann dabei das Problem auftreten, dass das geförderte Erdgas eine Gasphase und eine Flüssigkeitsphase aufweist. Übliche Turboverdichter sind allerdings nicht für die Förderung von Flüssigkeitstropfen geeignet, da diese zu Erosion im Gehäuse des Turboverdichters oder an Laufrädern führen können.

Um dieses Problem zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, einen auf Zentrifugalabscheidung basierenden Separator in den Turboverdichter zu integrieren. Allerdings ist der Bauaufwand für einen zusätzlichen Separator vergleichsweise hoch. Außerdem wurde festgestellt, dass auch beim Einsatz eines Separators kurzzeitig sogenannte Slugs (Flüssigkeitspfropfen) durchschlagen, so dass der Turboverdichter zumindest kurzzeitig ein Gemisch aus Gas und Flüssigkeit fördern muss. Die geförderte Flüssigkeit kann sowohl Wasser als auch Öl umfassen.

Aus der DE 10 2005 003 037 AI ist eine Abscheidevorrichtung zum Abscheiden von Flüssigkeitspartikeln aus einem gasförmigen Medium bekannt. Aus der DE 41 19 794 AI ist eine Vorrich- tung zum Abscheiden von in der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine enthaltenen Ölbestandteilen bekannt. Aus der DE 195 15 352 AI ist eine Vorrichtung zum Abscheiden von Partikeln aus einem Abgasstrom bekannt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Turboverdichter anzugeben, der für die Förderung von in einem Gas enthaltenen Flüssigkeitstropfen geeignet ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Turboverdichter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass er an der Saugseite eine von dem Mehrphasengemisch durchströmbare Expansionskammer und eine stromabwärts angeordnete Kontraktionskammer aufweist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mittels der im Ansaugbereich angeordneten Expansionskammer und der zugehörigen Kontraktionskammer eine Homogenisierung des Mehrphasengemisches bewirkt werden kann, bei der sich feine Tröpfchen der flüssigen Phase bilden, die von dem Turboverdichter gefördert werden können. In der Expansionskammer findet eine plötzliche Expansion statt, beim Passieren der nachfolgenden Kontraktionskammer bilden sich die feinen Tröpfchen, die eine Förderung erlauben. Auf diese Weise kann der zulässige Anteil der flüssigen Phase erhöht werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Turboverdichter wird es bevorzugt, dass die Expansionskammer und die Kontraktionskammer vor einem Ansaugstutzen des Turboverdichters angeordnet sind. Die beiden Kammern können somit als separate Vorrichtung ausgebildet sein, die an der Saugseite eines Turboverdichters angeordnet oder angebracht ist. Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Expansionskammer und die Kontraktionskammer in einem Ansaugstutzen des Turboverdichters ange- ordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung sind die beiden Kammern in den Turboverdichter, nämlich in den Ansaugstutzen des Turboverdichters, integriert, dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise. Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Turboverdichters kann erzielt werden, wenn die Expansionskammer einen sich in Strömungsrichtung konusförmig vergrößernden Abschnitt aufweist. Diese geometrische Ausgestaltung bewirkt eine Ver- ringerung von Reibungsverlusten. In ähnlicher Weise kann es bei dem erfindungsgemäßen Turboverdichter vorgesehen sein, dass die Kontraktionskammer einen sich in Strömungsrichtung konusförmig verjüngenden Abschnitt aufweist. Auch durch diese Maßnahme werden Strömungsverluste verringert . Insbesondere kann die Kontraktionskammer als Venturidüse ausgebildet sein, in der eine Druckerhöhung durch Verringerung des Volumens stattfindet . Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert .

Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Turboverdichters; und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Turboverdichters .

Der in Fig. 1 gezeigte Turboverdichter 1 umfasst ein schematisch dargestelltes Gehäuse 2, das eine Leiteinrichtung 3 aufweist sowie eine Welle 4 mit einem Laufrad 5. Die Welle 4 weist mehrere axial hintereinander angeordnete Laufräder auf, aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich ein Laufrad 5 gezeigt .

Wenn mit dem Turboverdichter 1 Mehrphasengemische gefördert werden, die sowohl eine Gasphase als auch eine Flüssigkeits- phase enthalten, tritt der Fall auf, dass trotz eines vorgeschalteten Separators Flüssigkeitspfropfen angesaugt werden, die eine nachteilige Wirkung auf Komponenten des Turboverdichters 1 haben. Daher weist der Turboverdichter 1 an der Saugseite 6 eine Expansionskammer 7 auf, die einen größeren Querschnitt als eine in sie mündende Rohrleitung 8 aufweist. Wenn das geförderte Medium über die Rohrleitung 8 in die Expansionskammer 7 einströmt, findet eine Expansion statt. An die Expansionskammer 7 schließt sich eine Kontraktionskammer 9 an, die einen geringeren Querschnitt als die Expansionskammer 7 aufweist. Dementsprechend wird das in Richtung des Pfeils 10 strömende Fluid in der Kontraktionskammer 9 wieder komprimiert .

Durch die in der Expansionskammer 7 plötzlich auftretende Expansion und die in der stromungsabwarts angeordneten Kontraktionskammer 9 auftretende plötzliche Einschnürung der Strömung bilden sich feine Tröpfchen. Auf diese Weise werden ge- gebenenfalls in dem Mehrphasengemisch enthaltene inhomogen verteilte Flüssigkeitspfropfen homogenisiert, das heißt, die Tröpfchengröße wird verringert und es bilden sich gleichmäßig verteilte Tröpfchen. Die gleichmäßig verteilten Tröpfchen in dem Gas-Flüssigkeits-Gemisch können ohne Weiteres den Ver- dichter passieren, ohne dass Erosion auftritt. Dementsprechend kann ein höherer Flüssigkeitsanteil bei einem Mehrphasengemisch, das im Wesentlichen in gasförmiger Form vorliegt, zugelassen werden, was unter anderem für den Einsatz unter Wasser erforderlich ist. Vor dem Turboverdichter 1 kann ein in- line-Separator angeordnet sein. Versuche haben ergeben, dass durch die Kombination der Expansionskammer mit der Kontraktionskammer ein Tröpfchenanteil von wenigstens 70 % der flüssigen Phase erzielt werden kann. Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Turboverdichters 11, der ähnlich wie der in Fig. 1 gezeigte Turboverdichter 1 aufgebaut ist. Für übereinstimmende Komponenten werden daher dieselben Bezugszeichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet.

In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst der Turboverdichter 11 ein Gehäuse 2 mit einer Leiteinrichtung 3 und eine Welle 4 mit wenigstens einem Laufrad 5. Bei dem Turboverdichter 11 ist die Expansionskammer 12 so ausgebildet, dass sie einen sich in Strömungsrichtung, die durch den Pfeil 10 dargestellt wird, konusförmig vergrößernden Abschnitt aufweist. Bei dieser Ausgestaltung der Expansi- onskämmer 12 sind die Strömungsverluste geringer im Vergleich zur Expansionskammer 7 des ersten Ausführungsbeispiels. In ähnlicher Weise ist die Kontraktionskammer 13, die stromabwärts der Expansionskammer 12 angeordnet ist, so ausgebildet, dass sie einen sich in Strömungsrichtung konusformig verjüngenden Abschnitt aufweist. Durch die Kombination der Expansionskammer 12 mit der stromabwärts angeordneten Kontraktions- kammer 13 wird eine plötzliche Expansion, gefolgt von einer plötzlichen Kontraktion des strömenden Mediums bewirkt, wo- durch sich die gewünschte homogene Entstehung und Verteilung von in der Gasphase enthaltenen Flüssigkeitströpfchen ergibt. Dementsprechend weist das an der Saugseite 6 einströmende Fluid fein verteilte Tröpfchen auf, die ohne Weiteres die Verdichterstufen des Turboverdichters 11 passieren können.