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,