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Fachveröffentlichung Nr. 24 Zweiwellige Schraubenmaschinen... Expressors gelieferten Dampfes. Hierzu wurde zunächst der aus dem Expressor austretende, unter hohem Druck stehende Dampf gedrosselt, um darin enthaltene Flüssigkeitsanteile zu eliminieren. Danach wurde der nun unter gemindertem Druck stehende Dampf durch eine Meßblende geleitet, und anhand dieses Meßwertes wurde der Massenstrom bestimmt. Dieser Strom wurde dann mit dem Zweiphasengemisch zusammengeführt, das aus der Niederdrucköffnung des Expressors austrat, und nach dem Passieren der Meßblende zum Verflüssiger zurückgeleitet, um erneut umgewälzt zu werden. Die anhand dieser Messung geschätzte Energiegewinnung ist in Abb. 10 dargestellt. Bild 7: Schematischer Aufbau des Der Gesamtwirkungsgrad des Prüfstandes Expressors kann als Produkt seiner Expansions- und Verdichtungswirkungsgrade eindeutigen Präsentation einpha- 6 Meßwerte des Expressors angegeben werden. Demgemäß einphasiger Expansionsprozesse kann der Gesamtwirkungsgrad bei gleichbleibendem Druck- Da bei einem Expressor die bei des Expressors aus den verhältnis. Im Falle zweiphasiger der Expansion erzeugte Energie Massenstrommeßwerten der Expansion kommt eine weitere im gleichen Rotorsatz wieder Flüssigkeitsbeaufschlagung des Größe hinzu, und zwar die aufgenommen wird, ist es nicht Expressors und dem Dampf- Qualität des einströmenden möglich, das Drehmoment und ausstoß aus der Hochdruck- Fluids, die nicht angezeigt wird. somit die gewonnene Energie zu öffnung bestimmt werden, sofern Außerdem war es extrem messen. Der wichtigste Aus- Schätzwerte des Abfalls der schwierig, alle Größen unter gangsparameter, der zur Bestim- isentropen Enthalpie bei der Kontrolle zu halten und gleich- mung der Leistung benötigt wird, Expansion und des Anstiegs der zeitig ein konstantes Druck- ist daher der Massenstrom des isentropen Enthalpie bei der verhältnis zu wahren. Diese vom Verdichterabschnitt des Kompression bekannt sind. Faktoren sind der Hauptgrund für die scheinbare Streuung der Prüfpunkte. Wie ersichtlich, wurde eine erhebliche Zahl von Prüfpunkten bei adiabaten Wirkungsgraden von über 70 % erfaßt. Diese machten ungefähr 28 % aller Prüfpunkte aus. Soweit den Autoren bekannt ist, sind dies die höchsten Werte, die jemals mit Zweiphasenexpansionsmaschinen jeglicher Art erzielt wurden, und insofern haben sich die Leistungsprognosen erfüllt. Bild 8: Drehzahlabhängige Expanderleistung Seite 6
Fachveröffentlichung Nr. 24 Zweiwellige Schraubenmaschinen... Der Einsatz von R113 als Arbeits- mechanischen Verluste weg. Kaltdampfkompressionskältesymedium war problematisch, weil Zweitens wirken die mit der st em en da rs te ll t, di e u nt er es dabei zu einem Austritt von Expansion und Kompression Auslegungsbetriebsverhältnissen Naßfluid aus dem Kompres- ve rb un de ne n A xi al kr äf te in Steigerungen der Leistungszahl sionsabschnitt und zu einer entgegengesetzten Richtungen. in der Größenordnung von 10 % unbekannten Flüssigkeits- Auf diese Weise wird das erbringen kann. Die Expaneinschleppung aus dem Expan- Aggregat entlastet, und die von sionsmaschine kann an einen sionsprozeß kam. den Axiallagern ausgehenden Stromerzeuger oder an den mec han isc hen Verl ust e sin d Hauptverdichter oder an einen Zur Überwindung dieser Unge- v e r n a c h l ä s s i g b a r. D a i m weiteren Verdichter gekoppelt wißheit wurde der Anstieg der Expressor nur ein Lagersatz werden. Des weiteren ist es isentropen Enthalpie während der vorhanden ist, können außerdem möglich, ein einziges Rotorpaar Kompression durch ein Nähe- die davon ausgehenden Verluste zur gleichzeitigen Zweiphasenrungsverfahren mit relativ kleiner n i c h t b e i d e n P r o z e s s e n expansion und Nachverdichtung Fehlerquote geschätzt. Die resul- zugeschrieben werden. Wenn sie eines Teils des Restdampfes zu tierenden Schätzwerte des also dem Expansionsprozeß verwenden. Expressorwirkungsgrades sind in zugeordnet werden, kann man Abb. 11 dargestellt. Wie man da vo n a us ge he n, da ss di e Es wurde eine Ve rsuchssieht, sind sie recht hoch und Dampfnachverdichtung ohne expansionsmaschine und später entsprechen Expansions- und effektive mechanische Verluste ein Expressor mit nur einem Kompressionswirkungsgraden in abläuft bzw. umgekehrt. Als Rotorpaar konstruiert, gebaut und der Größenordnung von 70 % letzter Grund soll noch angeführt erprobt. Die Ergebnisse zeigen, bzw. 80 % oder möglicherweise werden, dass die am Ende der dass das Konzept einer Kombinoch darüber. Expansion dem Dampf verliehene na ti on vo n Ex pa ns io n un d kinetische Energie zu Beginn der Kompression in einem einzigen Es gibt eine Reihe von Gründen Kompression zurückgehalten Ro to rs at z au fg eh t un d di e dafür, dass der Wirkungsgrad des wir d, wod urc h die mit dem Maschinenkonstruktion den Strö- Expressors höher ist als der einer Kom pre ssi ons pro zeß ver bun - mungs- und Druckanforderungen Ko pp lu ng vo n E xp an si on s- denen dynamischen Fluidverluste durchaus gerecht wird. Die maschine und Verdichter. Erstens reduziert werden. Maschinen funktionieren gut, und ist aufgrund der im Hermetik- di e be re it s na ch ge wi es en e aggregat ablaufenden Expan- Schlußfolgerungen Eignung von Rotoren mit City-"N"- sions- und Kompressions- Profil für den Betrieb ohne prozesse keine externe Die Untersuchung hat den Gleichlaufrad bzw. ohne Antriebswelle notwendig, und Nachweis erbracht, dass eine Ölschmierung hat sich auch für somit fallen die bei einer Schraubenexpansionsmaschine den Fall bestätigt, dass beide separaten Anordnung von Expan- eine realisierbare und stabile Rotoroberflächen als Abdichtung sionsmaschine und Verdichter Vorrichtung zum Einsatz als gegen interne Fluidleckage benötigten Wellendichtungen und die damit verbundenen Drosselventilersatz in großen genutzt werden. Es gibt positive Anzeichen dafür, dass der Wirkungsgrad höher sein könnte als ursprünglich angenommen. Da der Expressor nicht mechanisch an den Hauptverdichter angeschlossen wird, läßt er sich problemlos in eine Kälteanlage einbauen, sogar als Nachrüstgerät. Seite 7
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