Laufrad für Zentrifugalverdichter Die Erfindung betrifft ein Laufrad für Zentri- fugalverdichter mit in oder annähernd in einer Axial ebene des Läufers liegender Schaufeleintrittskante und befasst sich im besonderen mit der Ausgestaltung der dieser Kante unmittelbar benachbarten bzw. an diese anschliessenden Flächen, die für verlustfreie Einströmung bestimmend sind.
Es sind Vorschläge zur Verwirklichung stossfreier Einströmung bekannt, nach denen die Schaufel längs ihrer radialen Erstreckung so verwunden ist, dass für jeden Radius der Winkel, unter dem das strömende Medium in den Schaufelkanal einströmt, der Richtung der aus der geometrischen Summe von Umfangs geschwindigkeit und absoluter Strömungsgeschwindig keit resultierenden relativen Geschwindigkeit ent spricht. Bei einem bekannten Radialverdichter mit Vorsatzschaufeln geht man zum Beispiel so vor, dass man den vordern Schaufelteil längs einer zur Radial ebene in Strömungsrichtung geneigten Biegelinie in Umfangsrichtung abbiegt.
Um auch im Bereich der innern Schaufelbegrenzung den richtigen Einström- winkel zu erhalten, muss hier die Schaufel von ihrem Träger, der Radnabe, getrennt werden; die Schaufel ist also nicht mehr in der ganzen Länge ihrer innern Begrenzung mit dem Schaufelträger befestigt. Dies ist festigkeitsmässig äusserst nachteilig, weil dadurch die Dauerfestigkeit des Läufers stark herabgesetzt wird.
Zur Behebung dieses Nachteils wurde schon für einen Diagonalverdichter eine radiale Anordnung der Eintrittskante ohne Trennung vom Schaufelträger vorgeschlagen. Die Anpassung an die verschiedenen Relativgeschwindigkeiten wird dort erreicht, indem der Schaufel längs verschiedener Stromfäden ver schiedene Krümmungen gegeben werden. Dadurch wird aber die Herstellung solcher Schaufeln wesent lich erschwert und verteuert. Gemäss vorliegender Erfindung wird der der Ein trittskante benachbarte Flächenteil der Schaufel durch eine Kreiszylinderfläche dargestellt, deren in einer zur Läuferachse parallelen Ebene liegende Zylinderachse zur Radialebene in Strömungsrichtung geneigt ist.
Eine solche Formgebung der Schaufel ergibt beacht liche Vorteile nicht nur für die zerspanende Herstel lung, sondern auch für die Herstellung durch Giessen oder Schweissen. Trotzdem die Schaufel nach der Er findung also praktisch nur eine einzige Profilkrüm mung aufweist, nämlich die der Zylinderfläche, er geben sich dennoch längs der Eintrittskante verschie dene Einströmwinkel, da das Schaufelprofil im Zylin derschnitt einen Ellipsenbogen darstellt, dessen Bo genlänge nach der Läuferachse hin kürzer wird. Im Anschluss an die kreiszylindrisch gestaltete Fläche kann die Schaufel beliebig ausgebildet sein.
Ein be sonderer Vorteil des Zentrifugalverdichters nach der Erfindung besteht auch darin, dass die Umlenkung des Mediums entsprechend der Zunahme der Bogenlänge des Ellipsenbogens von innen nach aussen bei den grösseren Umfangsgeschwindigkeiten auf einem grö sseren Weg erfolgt als bei den kleineren. Versuche haben eine beachtliche Verbesserung des adiabati- schen Wirkungsgrades von mit Schaufeln nach der Erfindung ausgestatteten Verdichterläufern gegenüber solchen, bei denen die Anpassung der Einströmwin- kel in bekannter Weise erfolgte, ergeben.
Im folgenden sei die Erfindung an einer stereo metrischen Skizze und an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die räumliche Anordnung des die Schaufel fläche bildenden Zylinders mit Bezug zur Läufer achse, Fig. 2 den Läufer eines Zentrifugalverdichters mit Schaufeleintrittsteilen nach der Erfindung im Axial schnitt, Fig. 3 den Läufer nach Fig. 2 im Radialschnitt, Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 2.
Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V der Fig. 2. In Fig. 1 sei a + a die Läuferachse und Ei eine Radialebene hierzu, die von einer zweiten Ebene EZ senkrecht durchdrungen ist. Die Ebene E2 verläuft also parallel zur Läuferachse<I>a + a;</I> in ihr liegt die Zylinderachse z + z des die Schaufeleintrittsfläche bildenden Kreiszylinders Z, der mit strichpunktierten Linien eingetragen ist. Die Schaufelfläche S ist schraf fiert dargestellt.
Die Zylinderachse z + z ist zur Ra dialebene Ei geneigt, und zwar unter dem Winkel 8, dessen Schenkel die Zylinderachse z + z und die Durchdringungsgerade <I>d + d</I> der beiden Ebenen Ei und E." sind. Der die Schaufelkrümmung bestimmende Zylinderradius ist mit r bezeichnet; bei unendlich dünnen Schaufeln wäre er gleich dem Abstand der Läuferachse<I>a + a</I> von der Ebene E2.
In Fig. 2 bis 5 ist 1 das Laufrad eines Zentri- fugalverdichters mit axialer Einströmung und radialer Abströmung, welches auf der Welle 2 aufgekeilt ist. Die radial gestellten Endteile der Schaufeln sind mit 3 und die an die Eintrittskante 5 anschliessenden Ein trittsteile mit 4 bezeichnet. Der Eintrittsteil 4 einer Schaufel erstreckt sich von der Eintrittskante 5 bis zur Projektion der Zylinderachse z + z auf den Schaufelteil 3.
Der Abstand des äussersten Punktes P" der Eintrittskante 5 von dieser projizierenden Ebene ist mit 1a (Strecke Pa5 P'15 in Fig. 5), der des innersten Punktes Pi mit c; (Strecke Pi5 P'25 in Fig. 5) bezeich net. Die Abstände ia und ti sind zugleich die halben Sehnenlängen der Kreisbögen mit den Endpunkten P, bzw. Pi (vgl. Fig. 5).
In den Fig.4 und 5 sind die projizierten Punkte P,1, Pi, P1, P2, P3 zusätzlich mit den Indices 4 bzw. 5 versehen. r ist wiederum der Krümmungsradius des Schaufelteils 4. Ferner sind noch der Aussendurchmesser Da und der Innendurch messer Di des Eintritts- und Mündungsquerschnittes des Läufers 1 eingetragen. Da die Eintrittskante 5 radial oder annähernd radial gestellt ist, ist ihre Länge gleich oder ungefähr gleich der halben Differenz jener Durchmesser Da und D,.
Da der Winkel P3, Pa, P1 gleich ö ist, sind die in Fig. 4 gezeigten Schaufelkonturen Bögen der Ellipse mit den Halbachsen
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in <SEP> x-Richtung <SEP> <I><U> < </U> <SEP> a <SEP> = <SEP> <U>r</U></I> <SEP> und <SEP> <I>b <SEP> = <SEP> r <SEP> <U>-></U></I> <SEP> in <SEP> y-Richtung
<tb> cos <SEP> 8 Für den Winkel ss", den eine im Punkt P;
14 an den Ellipsenbogen gelegte Tangente t" mit der Um fangsrichtung einschliesst, ergibt sich also durch Dif- ferentiation der Ellipsengleichung
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die Kreisfunktion
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Für den Winkel ssi der Tangente ti im Punkt Pt ergibt sich in gleicher Weise
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Da ferner
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ist und die Bedingung einzuhalten ist, den Abstand ci mindestens so gross zu wählen, dass der Winkel ssi kleiner als 90 wird,
ist der die Schaufelfläche 4 bildende Zylinder Z bezüglich seines Radius und sei ner Schräglage zur Radialebene der Laufradachse im wesentlichen bestimmt, nachdem die Richtung der Relativgeschwindigkeiten, die den Richtungen der Tangenten t;,. und ti entsprechen sollen, gegeben oder ermittelt sind.
Der gezeigte Läufer 1 mit den Schaufelteilen 3 und 4 kann aus einem Stück gefertigt sein; er kann aber auch in zwei Teilen hergestellt sein, wobei die Trennfläche eine Kegelfläche ist, die bei der Rotation der durch P2 und P., bestimmten Geraden um die Achse<I>a + a</I> entsteht. Diese Gerade ist zur Radial ebene um ö geneigt; der Kegelwinkel ergibt sich somit zu 180 - 2b . Letztgenannte Herstellungsmöglichkeit zeichnet sich vor allem durch Einfachheit und Billig keit aus.