CH329147A - Turbo engine - Google Patents

Turbo engine

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CH329147A
CH329147A CH329147DA CH329147A CH 329147 A CH329147 A CH 329147A CH 329147D A CH329147D A CH 329147DA CH 329147 A CH329147 A CH 329147A
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CH
Switzerland
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turbomachine according
partition walls
flow
impeller
flow channels
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German (de)
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Hausammann Werner Ing Dipl
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Hausammann Werner Ing Dipl
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/284Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/70Shape

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  

      Turbomaschine       Vorliegende Erfindung betrifft. eine     Turbo-          masehine,    bei der die     La.ufradströmungs-          kanäle    durch Trennwände, die     Laufradfläche,     welche die Trennwände trägt, und die Deck  fläche begrenzt. sind. Beispiele solcher Ma  schinen sind Pumpen, Kompressoren und Ge  bläse.  



  Die vorliegende Erfindung schafft. bei  Kompressoren eine Erhöhung der Stufenlei  stung der Laufräder und vermeidet die Nach  teile der     Beschaufelungen    mit     Strömungs-          ablenkung.     



  Die     erfindungsgemässe.        Turbomasehine    ist  dadurch gekennzeichnet,     dass    von der     Lauf-          In    welche die Trennwände trägt, und  der     Deckfläehe    mindestens eine in mindestens  einem Schnitt senkrecht zur Drehachse längs  der Schnittkurve ungleiche Abstände von  dieser Achse aufweist.  



  Die Trennwände     zwischen    den Strömungs  kanälen können durch     Umlenkschaufeln    ge  bildet werden, womit sich der Geschwindig  keitsänderung noch eine Umlenkung über  lagert.  



  In Kompressoren kann die     Anströmung     des     Laufrades    mit.     Überschallgeschwindigkeit     erfolgen, wobei durch     d'as    Auftreten von Ver  dichtungsstössen in den Strömungskanälen  starke Druckanstiege erreicht werden können.  



  Die     Strömungskanalbegrenzungsfläehen     können kühlbar sein, wodurch extreme ther  mische Belastungen tragbar werden.    Für die Verwendung in Verdichtern kön  nen     Mittel    zur     Grenzschichtabsaugung    vorge  sehen werden, was     grössere    Druckverhältnisse  und bessere Wirkungsgrade ermöglicht.  



  Anderseits können auch durch Einblasen  eines Mediums in den     :Strömungskanal    Ab  lösungen verhindert oder gewünschte Quer  schnittsveränderungen bewirkt werden     (Spalt-          flügelprinzip),     Ausführungsbeispiele der Erfindung sind  nachstehend in den Zeichnungen dargestellt.

    Es zeigen       Fig.    1 ein Teilstück eines Strömungskanäle  aufweisenden Läufers in     axonometrischer    Dar  stellung,       Fig.2    einen Schnitt durch einen Läufer       senkrecht    zur Drehachse gemäss der Linie       A-A    in     Fig.    1,       Fig.    3     Meridianschnitte    durch den Läufer,  Kurve D gemäss der Linie     B-B    und Kurve E  gemäss der Linie     C-C        (Fig.2),

            Fig.4    und 5 ein Ausführungsbeispiel der       Laufradausbildung    an einer Stufe eines       Axialkompressors,          Fig.6    einen     Radialkompressor,          Fig.        6a    ein Detail im Schnitt gemäss Linie       A-A    der     Fig.6.        Fig.    6b einen Ausschnitt aus dem     Radial-          kompressor    gemäss Linie     B-B    der     Fig.        6a,

            Fig.7    eine     Radialturbine,          Fig.        7a    ein Detail im Schnitt gemäss  Linie     A-A    der     Fig.    7,           Fig.8    eine schematische Darstellung eins       Laufradkanals,          Fig.        8a    eine schematische     Darstellung    der  auf die     Strömungskanalwände    wirkenden  Kräfte,       Fig.    9 bis 12     typische    Formgebungen von  Läuferflächen, welche die Trennwände tra  gen, und mutrotierenden oder feststehenden  Deckflächen,

         Fig.    13 eine weitere Formgebung von Strö  mungskanälen,       Fig.14    Draufsicht auf Strömungskanäle  eines Ausführungsbeispiels eines Läufers.       Fig.    1 zeigt einen Läufer 1 einer Turbo  maschine. Er weist Strömungskanäle 2 auf,  die von den Trennwänden 3 mit den Trenn  flächen 3' und 3", einer Läuferfläche 4,  welche die Trennwände 3 trägt und einer  Deckfläche gebildet wird (nicht dargestellt).  Die Deckfläche kann durch das Gehäuse der  Turbomaschine oder eine spezielle, an den  Trennwänden befestigte Fläche gebildet wer  den.  



  Vertikalebenen zu der Drehachse 5 des  Läufers schneiden zum Beispiel die Laufrad  fläche in Schnittkurven 6, die bezüglich der  Drehachse 5 nicht     rotationssymmetrisch    sind,  mit Ausnahme der     Läufer-Ein-    und -Aus  trittspartien 7 und 8, sondern     umgleiche    Ab  stände von der Rotationsachse haben. Die  durch     Meridianschnitte    entstehenden Kurven  D und E der     Laufradfläche    4 können belie  bige -Formen aufweisen. Gewöhnlich finden,  je nach Verwendungszweck, Ausführungen  Anwendung, wie sie in den     Fig.    9 bis 13 dar  gestellt     sind.     



  Ein nach vorliegender Erfindung ausge  führter, einstufiger     Axialkompressor    kann  folgenden Aufbau und Funktionsweise zeigen       (F'ig.    4 und '5)       Fig.4        zeigt    Gehäuse, Laufrad und     Stator.     Ein     zii    verdichtendes Medium tritt von links  an den Streben 11, die ein vorderes Rotor  lager 12 halten, vorbei, in die Maschine ein.

    Es wird von einem Laufrad 13 erfasst, das  durch die Trennwände     1.1    in einzelne Strö  mungskanäle aufgeteilt. wird, welche innen  durch     Laufradflächen    15     und'    aussen durch    Deckflächen, zum Beispiel in Form eines     CTe-          hä.uses    24 oder eines Deckbandes (nicht dar  gestellt) begrenzt. sind. Da, der     Querschnitt     rechts vom Laufrad 13 grösser ist als links  davon, wird das Medium in diesem verzögert.

    Diese Verzögerung führt, nach der Formel  von     Bernoulli,        -a    einem     Druckanstieg.    Der  Kanal wirkt als umlaufender     Diffusor.    Das  verdichtete Medium tritt. anschliessend in  einen     Stator        1'6,    in dem der Querschnitt noch  mehr erweitert wird, um anschliessend in  einem     festen        Diffusor    17 die Geschwindigkeit  weiterhin zu verringern und in Druck um  zusetzen.

   Im festen     Diffusor    17 sind 'Streben  18 angeordnet; sie tragen einen äussern Teil  19 einer     Laby        rinthdiehtung    20 des Rotors,  die zur Verminderung des     Axialsehubes    einen  möglichst grossen Durchmesser hat. Durch  eine Wand 21 halten die Streben 18 das hin  tere     R.otorlager;    ein Bund 22 auf einer Rotor  welle 23 nimmt den     Axialsehub,    der durch die       Querschnittsdifferenz    zwischen Ein- und Aus  tritt des Laufrades 13 entsteht, auf. Durch  die Welle     2:3    wird mechanische Energie zuge  führt.

   Rotor,     Stator    16 und     Diffusor    17 wer  den vom Gehäuse     2:4    umschlossen. Der     Sta-          tor    16, welcher bei Verwendung nur eines  einzigen Laufrades 13 nicht unbedingt. er  forderlich wäre, wird dargestellt, um An  haltspunkte für     eine        mehrstufige    Ausfüh  rung zu geben.  



       Fig.    5 zeigt einen Schnitt gemäss Linie       A-A    in     Fig.4.    Die nicht. sichtbaren Durch  dringungskurven der Flächen 15 mit den  Trennwänden 14 sind punktiert gezeichnet.  Der Rotor dreht im     @Gegenuhrzeigersinn.     



  Die in     Fig.    4 und 5 dargestellte Maschine  könnte ohne Schwierigkeit auch als Turbine  benützt werden. Die     Durchströmung    müsste  dann (in     Fig.4)    von rechts nach links er  folgen. Der Rotor würde in     Fig.    '5 im Uhr  zeigersinn drehen. Es wäre jedoch vorteilhaft,  an Stelle der     diffusorartigen    Strömungskanäle  kürzere,     düsenförmige    zu verwenden, wie  solche in     Fig.    13 im Prinzip     dargestellt    sind.  



  Die Maschine nach     Fig.    4 und 5 kann auch  als Überschallkompressor     verwendet    werden.      Die     Durehströmungsverhältnisse    sind die glei  chen, wie sie beschrieben werden. An Stelle  einer stetigen Geschwindigkeitsabnahme im       Diffusor    tritt ein     Verdichtungsstoss    auf, der  mit einem sprunghaften Anstieg des Druckes,  der Dichte und der Temperatur verbunden ist.  



       Fig.    6 zeigt ein     R.adialgebläse,    das     Spiral-          gehäuse    im Schnitt, das Laufrad in der An  sicht. In     Fig.ssb    ist ein Teil des Laufrads  im Schnitt dargestellt. Das zu fördernde Me  dium tritt durch ein nicht dargestelltes Zu  führungsrohr in einen     Eintrittsraum    31, der  eine Nabe 3.2 umgibt und strömt von hier aus  in die Kanäle 33, die durch Trennwände 31  und     Laufradflächen    35 gebildet     werden.    Die       Fig.        6U    zeigt einen Schnitt durch     eine    solche  Zelle.

   Der Querschnitt der Strömungskanäle  33 nimmt in Strömungsrichtung zu. Das Me  dium wird unter Druckanstieg verzögert. Nach  Austritt aus dem Laufrad 36 wird es im als  Spirale ausgebildeten Gehäuse 37 noch weiter  verzögert. Da die Kanäle infolge der Ausbil  dung der Trennwände 34 sich erweitern, also       Diffusoren    bilden,     überlagert    sich dem Druck  anstieg, bedingt durch die Form der Lauf  radfläche 35, ein weiterer Druckanstieg. Die  gleiche     :Maschine    könnte auch zur Förderung  von Flüssigkeiten verwendet werden.  



       Fig.7    zeigt eine Turbine. Das Gehäuse  ist. im -Schnitt, der Rotor in Ansicht. gezeich  net. Das Antriebsmedium tritt. durch einen  Ringraum 41 eines Gehäuses 42 mit.     Leitschau-          feln    43. Die     Leitschaufeln    erzeugen einen  Drall im Medium, so dass der Eintritt in den  Rotor 44 unter dem Austrittswinkel der     Leit-          schaufeln    erfolgt..

   Die     Rotorkanäle    werden  durch die     Laufradflä.chen    45, die Trennwände  46 und die Deckfläche 42     gebildet..    Die kurze  düsenförmige     Laufradfläche    45 ist. in     Fig.7a     dargestellt, die den Querschnitt eines Strö  mungskanals zeigt. Zusätzlich     zu    den Trenn  wänden 46 sind noch kurze Schaufeln 47  ausserhalb der     Laufradkanäle    angeordnet. Das  Medium     wird    infolge der Form der Laufrad  fläche 45 stark beschleunigt und tritt in einen  Ringraum 48 in der Nähe einer Nabe 4'9, um  nach vorn axial abzuströmen.

   Das Laufrad  dreht. im     Uhrzeigersinn,       An Hand der     F'ig.         & ,    die einen Strömungs  kanal schematisch in Perspektive zeigt, soll  erläutert werden, wie an der Fläche 55 der  Energieumsatz vor sich geht. Der Kanal wird  aus den Trennwänden 51 und 52, den     Lauf-          radfläehen    53, 54 und 515 und den nicht dar  gestellten als Deckflächen wirkenden     Stator-          teilen    gebildet. Die Flächen 53, '54 und 55  könnten auch Deckflächen des     'Stators    dar  stellen, in welchem Falle die     Laiifradflächen     nicht dargestellt wären.

   Da es sich um die  Kanäle eines     Kompressors    handeln soll, das  heisst eine Leistungsabgabe des mechanischen  Systems an das Arbeitsmedium erfolgt, so  strömt dieses von links nach rechts, das heisst  vom kleineren in den grösseren Querschnitt.  



  Im Bereich der Fläche 53 erfolgt keine  Änderung des Strömungszustandes.  



  Tritt nun die     :Strömung    in den Bereich  der geneigten Fläche 55, die schräg zu den  Stirnflächen der Zelle steht, so erfolgt infolge  der Zunahme des Kanalquerschnittes eine Ge  schwindigkeitsabnahme, daher ein Druckan  stieg, indem kinetische Energie     in    poten  tielle übergeht. Am Ende der Fläche 55 hat  das Medium den höchsten Druck erreicht.  Dieser Druck wirkt auf einen Abschnitt der  punktiert dargestellten Fläche 51 und auf  einen bedeutend kleineren Abschnitt der  Fläche 52. In     Fig.        8a    sind die     auf    die Trenn  flächen 5'1 und 52 sowie auf die     Flächen    53,  54 und 55 wirkenden Kräfte dargestellt.

   Die  Resultierende der Drücke auf der Fläche 51  ist nach Grösse und Richtung durch einen  Pfeil 61, diejenige auf der Fläche<B>5</B>2. durch  einen entsprechenden     Pfeil:    62 dargestellt. Der  mittlere Druck auf die Fläche 55 wirkt senk  recht zu dieser. Die Resultierende ist nach  Grösse und Richtung durch einen Pfeil 65  dargestellt und als 65' in     Richtlinie    der Ro  tationsachse     A-A    auf den Pfeil 62 projiziert.  Die Zusammensetzung der Kräfte gibt eine  Resultierende 66, die zur Klarheit nach rechts  versetzt gezeichnet     wurde,    in Richtung der  flächenmässig grösseren Trennwand (nicht  dargestellt).

   Die senkrecht zu einer Axial  ebene liegende Komponente ergibt ein Dreh  moment, das der     Verdichter        in    Form von Lei-           stung        aufnimmt.    In der Turbine wird die  entsprechende Leistung abgegeben.  



  Bei     Überschallströmung    liegen die Ver  hältnisse grundsätzlich gleich. An Stelle des  graduellen Druckanstieges im     .Strömungskanal     tritt hier der Verdichtungsstoss als momen  taner     Druckanstieg,    längs     einer    Parallelen zu  der Schnittkurve der Flächen 53 und 55. Hin  ter dem Verdichtungsstoss liegen die gleichen  Asymmetrien der     Kräfte    vor, die, wie im vor  her betrachteten Falle der     Unterschallströ-          mung,    das Drehmoment verursachen.  



       Fig.    9 bis 13 zeigen Ausführungsbeispiele  von     Meridianschnittkurven,    wie sie schema  tisch in     Fig.3    dargestellt sind.  



       Fig.9    zeigt eine     Laufradfläche    71, eine  Trennwand 72 und eine durch das Gehäuse  gebildete feststehende Deckfläche 73.  



       Fig.10        zeigt    den Fall, wo die Deckfläche  durch ein mutrotierendes Deckband 74 ge  bildet     wird.    Die     Liiuferfläche    ist mit 75 be  zeichnet.  



       Fig.11    zeigt ein rotierendes Gehäuse mit  einer     Laufradfläche   <B>78,</B> mit Trennwänden 76  und einer feststehenden Deckfläche 77, welche  von der     Laufradfläche    umfasst wird.  



       Fig.    12 zeigt einen durch eine Zwischen  wand 79     unterteilten        Strömungskanal,    wie  er zum Beispiel bei     Doppelflussmaschinen    zur  Anwendung gelangen kann. Es entstehen da  durch zwei in radialer Richtung     übereinan-          derliegende    Kanäle     K1    und     K2.    Dabei bildet  die Zwischenwand 79 die rotierende Deck  fläche 79' für den innern Kanal     K1    und die       Laufradfläche    79" für den äussern 'Strömungs  kanal     K2.     



  In     Fig.13    ist die Kühlungsmöglichkeit  von kanalbildenden Flächen     gezeigt.    Eine  Kühlflüssigkeit     tritt    bei 81 ein und bei 82       aus.    Im Gegensatz zu den bei den     Umlenk-          schaufeln        infolge    kleiner Dimensionen auf  tretenden Schwierigkeiten des     Kühlens,    kön  nen hier sowohl Laufrad- wie Deckflächen  mühelos gekühlt werden.  



       Fig.    14 zeigt eine Abwicklung zweier Ka  näle mit     Trennwänden    9-1 und 92. Da durch       Grenzschichtabsaugung        Diffusoren    mit, we  sentlich grösseren Öffnungswinkeln und Quer-         sehnittsverhä.ltnissen    gebaut. werden     können,     dient ein Schlitz 96 der     Absaugung    der Grenz  schicht in der     Laufradfläche    95. Er steht mit  einer     Absaugeeinrichtung    in Verbindung  (nicht dargestellt). Analoge Schlitze können  auch zum Einblasen eines Mediums in die  Kanäle dienen.  



  Die beschriebene Ausbildung der die Lauf  radströmungskanäle begrenzenden Flächen ge  stattet, energetisch vorteilhaft. asymmetrische       Druckverteilungen    auf Trennwände zu er  zeugen, ohne     da.ss    die Trennwände daran  direkt beteiligt sind, womit der     Rotorwelle     Energie entnommen oder zugeführt werden  kann. An Stelle der Energieumsetzung durch       Umlenkung    tritt diejenige durch Geschwin  digkeitsänderung. Von den mannigfachen Vor  teilen dieser Anordnung sei die folgende noch  besonders erwähnt. Die Einwirkung der Lauf  rad- und Deckflächen auf die Strömung bei       Axialkompressoren    wirkt vorwiegend in ra  dialer Richtung, indem sie die Strömung zum  Beispiel beschleunigt oder verzögert.

   Das       Nabenverhältnis        (Rotoraussendurchmesser:    Na  bendurchmesser) ist. aber bei grösseren Druck  verhältnissen sehr klein, was sich auf die       konstruktive    Durchbildung der Strömungs  kanäle günstig     auswirkt.    Es braucht hierbei  keine Aufteilung des Umfangs nach Wir  kungstiefen, wie bei den bekannten Schaufel  rädern. Die Trennwände können somit wesent  lich grössere Abstände haben, was sich be  züglich Verluste günstig auswirken dürfte.  



  Es sei hier noch erwähnt., dass in Anpas  sung an die optimalen Verhältnisse, die sich  beispielsweise aus der Berücksichtigung der       Grenzschichteinflüsse    ergeben, Raumflächen  mit     kurvenförmigen        Begrenzungen    in Betracht  kommen, wie sie zum Beispiel in     Fig.1    dar  gestellt ist oder wie sie von Schraubenflächen  gebildet werden.  



  Auch können die Trennwände, ohne über  mässigen Luftwiderstand oder Sekundärver  luste zu verursachen, relativ dick ausgeführt  werden, was bei     Umlenkschaufeln    mit Rück  sicht auf die Strömungsverluste nicht möglich  ist. Trennwände dieser Art. können, im Ge  gensatz zu     Umlenkschaufeln,    als kräftige Bau-           glieder    mit. hohen     Eigenschwi.ngnngszahlen     ausgebildet werden.  



  Die Trennwände können am Eintritt auch       gepfeilt    ausgeführt werden.     Zugeschärfte    Ein  trittskanten der Trennwände erweisen sieh  für gewisse Strömungsformen als vorteilhaft,  wobei diese mit. der     Pfeilung    der Trennwände  kombiniert werden können. Sollen bei gerin  geren Druckverhältnissen grosse Mengen ver  dichtet werden, so ist es vorteilhaft., die Trenn  wände in     'Tragflüge'lprofilform    auszubilden,  so dass sie an der Energieumsetzung in der       Verdichterstufe    teilnehmen, 'Solche Trenn  wände können jedoch auch dazu dienen, das       Druekverliältnis    noch weiter zu erhöhen,



      Turbomachine The present invention relates to. a turbo-machine in which the impeller flow channels are delimited by partition walls, the impeller surface, which supports the partition walls, and the cover surface. are. Examples of such machines are pumps, compressors and fans.



  The present invention provides. With compressors, an increase in the stage performance of the impellers and avoids the disadvantages of blades with flow deflection.



  The inventive. Turbomachine is characterized in that the barrel into which the partition walls bears and the top surface has at least one unequal distance from this axis in at least one section perpendicular to the axis of rotation along the section curve.



  The partitions between the flow channels can be formed by deflection blades, which means that the speed change is superimposed on a deflection.



  In compressors, the flow to the impeller can also. Take place at supersonic speed, with the occurrence of compression surges in the flow channels strong pressure increases can be achieved.



  The flow channel boundary surfaces can be coolable, making extreme thermal loads bearable. Means for boundary layer suction can be provided for use in compressors, which enables greater pressure ratios and better efficiencies.



  On the other hand, by blowing a medium into the: flow channel from solutions can be prevented or desired cross-section changes can be brought about (split-wing principle), embodiments of the invention are shown below in the drawings.

    1 shows a section of a runner with flow channels in axonometric representation, FIG. 2 shows a section through a runner perpendicular to the axis of rotation along the line AA in FIG. 1, FIG. 3 meridional sections through the runner, curve D along the line BB and curve E according to line CC (Fig. 2),

            4 and 5 show an exemplary embodiment of the impeller formation on one stage of an axial compressor, FIG. 6 a radial compressor, FIG. 6a a detail in section along line A-A of FIG. 6b shows a detail from the radial compressor according to line B-B of FIG. 6a,

            7 shows a radial turbine, FIG. 7a shows a detail in section along line AA in FIG. 7, FIG. 8 shows a schematic illustration of an impeller channel, FIG. 8a shows a schematic illustration of the forces acting on the flow channel walls, FIGS. 9 to 12 typical shapes of runner surfaces that support the partition walls and rotating or fixed cover surfaces,

         13 shows a further shape of flow channels; FIG. 14 shows a plan view of flow channels of an exemplary embodiment of a rotor. Fig. 1 shows a rotor 1 of a turbo machine. It has flow channels 2, which are formed by the partition walls 3 with the partition surfaces 3 'and 3 ", a rotor surface 4 which carries the partition walls 3 and a cover surface (not shown). The cover surface can be formed by the housing of the turbomachine or a special surface attached to the partition walls is formed.



  Vertical planes to the axis of rotation 5 of the runner cut, for example, the impeller surface in intersection curves 6, which are not rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation 5, with the exception of the runner entry and exit sections 7 and 8, but have equal distances from the axis of rotation. The curves D and E of the impeller surface 4 resulting from meridional sections can have any shape. Usually find, depending on the intended use, designs application, as shown in FIGS. 9 to 13 represents.



  A single-stage axial compressor designed according to the present invention can show the following structure and mode of operation (FIGS. 4 and 5) FIG. 4 shows the housing, impeller and stator. A zii compressing medium enters the machine from the left past the struts 11, which hold a front rotor bearing 12.

    It is detected by an impeller 13 which is divided into individual Strö flow channels by the partitions 1.1. which is bounded inside by impeller surfaces 15 and outside by cover surfaces, for example in the form of a CT housing 24 or a cover band (not shown). are. Since the cross section to the right of the impeller 13 is larger than to the left of it, the medium in this is delayed.

    According to Bernoulli's formula, this delay leads to an increase in pressure. The channel acts as a circumferential diffuser. The compacted medium occurs. then in a stator 1'6, in which the cross section is widened even more, in order to then further reduce the speed in a fixed diffuser 17 and convert it into pressure.

   Struts 18 are arranged in the fixed diffuser 17; they carry an outer part 19 of a labyrinth seal 20 of the rotor, which has the largest possible diameter to reduce the axial thrust. Through a wall 21 the struts 18 hold the rear rotor bearings; a collar 22 on a rotor shaft 23 takes the axial thrust that occurs due to the cross-sectional difference between the inlet and outlet of the impeller 13 on. The wave 2: 3 leads to mechanical energy.

   Rotor, stator 16 and diffuser 17 who surrounded by the housing 2: 4. The stator 16, which when using only a single impeller 13 is not necessarily. it would be necessary is shown in order to give indications for a multi-stage execution.



       FIG. 5 shows a section along line A-A in FIG. They don't. Visible penetration curves of the surfaces 15 with the partitions 14 are shown in dotted lines. The rotor turns counterclockwise.



  The machine shown in FIGS. 4 and 5 could also be used as a turbine without difficulty. The flow would then have to follow (in Fig. 4) from right to left. The rotor would turn clockwise in FIG. 5. However, it would be advantageous to use shorter, nozzle-shaped flow channels instead of the diffuser-like flow channels, such as those shown in principle in FIG.



  The machine according to FIGS. 4 and 5 can also be used as a supersonic compressor. The flow conditions are the same as they are described. Instead of a steady decrease in speed in the diffuser, there is a compression surge, which is associated with a sudden increase in pressure, density and temperature.



       Fig. 6 shows a radial fan, the spiral housing in section, the impeller in view. In Fig.ssb part of the impeller is shown in section. The medium to be conveyed passes through a guide tube (not shown) into an inlet space 31 which surrounds a hub 3.2 and flows from here into the channels 33, which are formed by partition walls 31 and impeller surfaces 35. 6U shows a section through such a cell.

   The cross section of the flow channels 33 increases in the direction of flow. The medium is delayed when the pressure rises. After exiting the impeller 36, it is further delayed in the spiral housing 37. Since the channels expand as a result of the formation of the partitions 34, so form diffusers, the pressure rise superimposed, due to the shape of the running wheel surface 35, a further increase in pressure. The same: machine could also be used for pumping liquids.



       7 shows a turbine. The case is. in section, the rotor in view. drawn. The drive medium occurs. by an annular space 41 of a housing 42 with. Guide vanes 43. The guide vanes create a swirl in the medium, so that the entry into the rotor 44 takes place at the exit angle of the guide vanes.

   The rotor channels are formed by the impeller surface 45, the partition walls 46 and the top surface 42. The short nozzle-shaped impeller surface 45 is. shown in Fig.7a, which shows the cross section of a flow channel Strö. In addition to the partition walls 46, short blades 47 are also arranged outside the impeller channels. The medium is strongly accelerated due to the shape of the impeller surface 45 and enters an annular space 48 in the vicinity of a hub 4'9 in order to flow axially forward.

   The impeller turns. clockwise, using the Fig. &, which shows a flow channel schematically in perspective, should be explained how the energy conversion takes place on the surface 55. The channel is formed from the partition walls 51 and 52, the impeller surfaces 53, 54 and 515 and the stator parts, not shown, which act as cover surfaces. The surfaces 53, '54 and 55 could also represent top surfaces of the 'stator, in which case the Laiifradflächen would not be shown.

   Since it is supposed to be the channels of a compressor, that is to say that the mechanical system delivers power to the working medium, it flows from left to right, that is, from the smaller to the larger cross-section.



  In the area of the surface 53 there is no change in the flow condition.



  If the flow now occurs in the area of the inclined surface 55, which is inclined to the end faces of the cell, there is a decrease in speed as a result of the increase in the channel cross-section, hence a rise in pressure as kinetic energy changes into potential. At the end of the surface 55 the medium has reached the highest pressure. This pressure acts on a section of the dotted surface 51 and on a significantly smaller section of the surface 52. In Fig. 8a, the forces acting on the separating surfaces 5'1 and 52 and on the surfaces 53, 54 and 55 are shown.

   The resultant of the pressures on the surface 51 is indicated by an arrow 61 according to size and direction, that on the surface <B> 5 </B> 2. represented by a corresponding arrow: 62. The mean pressure on the surface 55 acts perpendicular to this. The resultant is shown according to size and direction by an arrow 65 and projected onto the arrow 62 as 65 'in the guideline of the axis of rotation A-A. The composition of the forces gives a resultant 66, which has been drawn offset to the right for clarity, in the direction of the larger partition wall (not shown).

   The component lying perpendicular to an axial plane produces a torque which the compressor absorbs in the form of power. The corresponding power is output in the turbine.



  In the case of supersonic flow, the conditions are basically the same. Instead of the gradual increase in pressure in the flow channel, the compression surge occurs here as a momentary pressure increase, along a line parallel to the intersection curve of surfaces 53 and 55.Behind the compression surge, the same asymmetries of the forces exist as in the case of the previously considered Subsonic currents that cause torque.



       9 to 13 show exemplary embodiments of meridional section curves as shown schematically in FIG.



       9 shows an impeller surface 71, a partition wall 72 and a fixed cover surface 73 formed by the housing.



       FIG. 10 shows the case where the top surface is formed by a mutually rotating shroud 74. The Liiuferfläche is marked with 75 be.



       11 shows a rotating housing with an impeller surface 78, with partition walls 76 and a fixed cover surface 77 which is surrounded by the impeller surface.



       12 shows a flow channel divided by an intermediate wall 79, as can be used, for example, in double-flow machines. There are two channels K1 and K2 lying one above the other in the radial direction. The intermediate wall 79 forms the rotating deck surface 79 'for the inner channel K1 and the impeller surface 79 "for the outer' flow channel K2.



  In Fig. 13, the possibility of cooling channel-forming surfaces is shown. A cooling liquid enters at 81 and exits at 82. In contrast to the cooling difficulties that arise with the deflector blades due to their small dimensions, both the impeller and the top surfaces can be cooled effortlessly here.



       14 shows a development of two channels with partitions 9-1 and 92. Since diffusers are built with significantly larger opening angles and cross-sectional ratios due to boundary layer suction. can be, a slot 96 is used for suction of the boundary layer in the impeller surface 95. It is connected to a suction device (not shown). Analog slots can also be used to inject a medium into the channels.



  The described formation of the running wheel flow channels limiting surfaces ge equips, energetically advantageous. To generate asymmetrical pressure distributions on partition walls without the partition walls being directly involved, which means that energy can be taken from or supplied to the rotor shaft. Instead of the conversion of energy through deflection, that occurs through a change in speed. Of the various parts before this arrangement, the following should be mentioned in particular. The action of the impeller and top surfaces on the flow in axial compressors acts mainly in ra dialer direction, for example by accelerating or decelerating the flow.

   The hub ratio (rotor outside diameter: hub diameter) is. but very small at higher pressure ratios, which has a favorable effect on the structural formation of the flow channels. There is no need to divide the scope according to We kung depths, as with the known paddle wheels. The partitions can thus have significantly larger distances, which should have a positive effect on losses.



  It should also be mentioned here that, in adaptation to the optimal conditions resulting, for example, from the consideration of the boundary layer influences, spatial areas with curved boundaries come into consideration, as shown for example in FIG are formed.



  The partitions can also be made relatively thick without causing excessive air resistance or secondary losses, which is not possible with deflection blades with regard to flow losses. Partition walls of this type can, in contrast to deflection blades, as strong structural members. high natural frequencies are formed.



  The partition walls can also be arrow-shaped at the entrance. Sharpened edges of the partition walls turn out to be advantageous for certain types of flow, these with. the arrow of the partition walls can be combined. If large quantities are to be compressed at lower pressure ratios, it is advantageous to design the dividing walls in the shape of a hydrofoil so that they take part in the energy conversion in the compressor stage. Such dividing walls can, however, also serve to reduce the pressure ratio to increase even further,

 

Claims (1)

PATEN T'ANS'PRUCH Turbomaschine, bei der die Laufradströ- mungskanäle durch Trennwände, die. Lauf rad- fläehe, welche die Trennwände trägt, und die Deckfläche begrenzt sind, dadurch gekenn zeichnet., dass von der Laufradfläehe, welche die Trennwände trägt, und der Deekfläehe mindestens eine in mindestens einem 'Schnitt senkrecht. zur Drehachse längs der Schnitt kurve ungleiche Abstände von dieser Achse aufweist. UNTERANS.PRÜ CHE 1. PATEN T'ANS'PRUCH Turbomachine in which the impeller flow ducts are separated by partitions that. Running wheel surface which carries the partition walls and the top surface are delimited, characterized in that of the running wheel surface which carries the partition walls and the cover surface at least one in at least one section is perpendicular. to the axis of rotation along the section curve has unequal distances from this axis. SUBClaims 1. Turbomaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände mindestens teilweise durch .Schaufeln mit Um lenkwirkung gebildet sind. 2. Turbomaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungs kanal durch eine Zwisehenwand in. minde stens zwei, in radialer Richtung übereinander liegende Teile unterteilt ist, wobei die Zwi schenwand für den innern 'Strömungskanal die Deckfläche und für den äussern ' Strö mungskanal die Läuferfläche, welche die Trennwände trägt, bildet.. 3. Turbomachine according to patent claim, characterized in that the partition walls are at least partially formed by .Schaufeln with a deflecting effect. 2. Turbomachine according to claim, characterized in that the flow channel is divided by an intermediate wall in. At least two parts lying one above the other in the radial direction, the intermediate wall for the inner 'flow channel, the top surface and for the outer' flow channel Runner surface, which supports the partition walls .. 3. Turbomaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung für die Strömungskanäle innerhalb eines Rades gleich ist. 4, Turbomaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung für die Strömungskanäle innerhalb einer Gruppe gleich, zwischen verschiedenen Gruppen des gleichen Rades aber ungleich ist. 5. Turbomaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungs kanäle so ausgebildet sind, dass bei gasförmi gen Medien in ihnen Verdichtungsstösse auf treten. Turbomachine according to patent claim, characterized in that the division for the flow channels within a wheel is the same. 4, turbomachine according to claim, characterized in that the division for the flow channels within a group is the same, but is unequal between different groups of the same wheel. 5. Turbomachine according to claim, characterized in that the flow channels are designed so that when gaseous media in them compression surges occur. 6. Turbomaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine kanalbildende Fläche kühlbar ist. 7. Turbomaschine nach Patentanspruelt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Grenz- schichtabsaugung vorgesehen sind. 8. Turbomaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum zu sätzlichen Einblasen eines Mediums in die Strömungskanäle vorgesehen sind. 6. Turbomachine according to claim, characterized in that at least one channel-forming surface can be cooled. 7. Turbomachine according to patent claim, characterized in that means are provided for boundary layer suction. 8. Turbomachine according to claim, characterized in that means are provided for additionally blowing a medium into the flow channels.
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