Verfahren und Einrichtung zur Steuerung einer thermischen Strömungsmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung einer thermischen Strö mungsmaschine, die mindestens eine Reihe Lauf schaufeln und eine Reihe unverdrehbarer Leitschaufeln aufweist und deren die Strömung durch die Maschine begrenzenden Gehäusewände als feststehende Bau teile ausgebildet sind.
In vielen Fällen genügt der Arbeitsbereich einer thermischen Strömungsmaschine mit einem Gitter feststehender Leitschaufeln nicht für alle Betriebs erfordernisse. Beispielsweise ist es bei Turbinen oft erwünscht, ihr Schluckvermögen und damit ihre Lei stungsabgabe rasch ändern zu können. Von ein- oder mehrstufigen Verdichtern zur Speisung von Druck luftnetzen, in der chemischen Industrie oder in Stahlwerken wird oft ein sehr breiter Fördervolumen- bereich mit annähernd konstantem Förderdruck ver langt.
Ein ähnliches Problem besteht bei Abgas turboverdichtern an Motoren, die über einen weiten Drehzahlbereich hohen Mitteldruck abgeben müssen. Der Aufladedruck nimmt aber bei unveränderlichem Leitapparat im Turboverdichter mit sinkender Mo tordrehzahl stark ab. Um dies zu verhindern, sollte einerseits der Durchflussquerschnitt des Leitapparates der Radial- oder Axialturbine verkleinert werden können, anderseits muss das Pumpen des Verdichters verhindert werden. Selbst bei festem Leitapparat der Turbine können am Verdichter Schwierigkeiten auf treten.
Bei Viertaktmotoren wandert der Betriebs punkt, wenn die Motordrehzahl bei konstantem Mitteldruck verringert wird, auf einer Kurve, die flacher ist als die Pumpgrenze des Verdichters, so dass bei reduzierter Drehzahl Pumpneigung besteht. Die gleiche Schwierigkeit tritt bei Zweitaktmotoren unter geringer Last auf, wenn der Turboverdichter parallel zu motor- oder fremdgetriebenen Spülver dichtern fördern muss. Dieser letztere Fall soll zur Verdeutlichung eingehender besprochen werden; er stellt jedoch nur eines der Probleme dar, die durch die vorliegende Erfindung ihre Lösung finden.
Im Schaubild Fig. 1 bedeutet V das angesaugte bzw. geförderte Luftvolumen, p den Aufladedruck. Ein Zweitaktmotor schluckt eine Luftmenge ent sprechend der parabelartigen Kurve M. Wird nun durch einen Spülverdichter ein Teil Sv der Luft ge liefert, so verbleibt dem Turboverdichter noch der Anteil Tv zu fördern. Die Betriebspunkte des Turbo verdichters müssen daher auf der Kurve B liegen, Mit 2 ist ein Betriebspunkt hoher Motorlast, mit 1 ein Betriebspunkt bei tiefer Teillast bezeichnet.
Die Kurven P1 und P2 sind Pumpgrenzen des Radial verdichters, die sich bei einem im Austrittsdiffusor angeordneten Leitapparat mit engem bzw. weitem Eintrittsquerschnitt ergeben. Die Kurven C1 und C2 sind entsprechende Betriebscharakteristiken bei kon stanter Verdichterdrehzahl, die so gewählt sind, dass sie durch den Punkt 2 gehen. Bei der Kombination P1-C2 arbeitet der Verdichter im Punkte 2, also bei hoher Motorlast, im Bereiche besten Wirkungsgrades.
Bei Teillast kommt aber der Punkt 1 links der Pumpgrenze P2 zu liegen, so dass stabiler Betrieb nicht mehr möglich ist. Um auch im Punkte 1, also bei tiefer Teillast, stabil fahren zu können, muss ein Leitapparat gewählt werden, der die Pumpgrenze P1 ergibt. Bei grosser Motorlast liegt dann aber der Betriebspunkt 2 weit von der Pumpgrenze ent fernt, wo der Verdichter nur einen verminderten Wirkungsgrad hab.
Es wäre daher erwünscht, eine Verstelleinrichtung zur Verfügung zu haben, um den Punkt 2 bei einer Einstellung fahren zu können, welche die Pumpgrenze P2 ergibt, und den Punkt 1 bei einer Einstellung, welche P1 ergibt. Auf diese Weise könnte die Verdichtercharakteristik der Mo torlast weitgehend angepasst werden. Es sind verschiedenartige Verstelleinrichtungen bekannt, um die mannigfaltigen Aufgaben zu er füllen, die beim Betrieb von Strömungsmaschinen auftreten und eine Regelung oder Steuerung erfor dern.
So wird beispielsweise bei einem Radialver- dichter eine der Begrenzungswände des Austrittsdif- fusors parallel verschoben. Die Verwirklichung dieser Idee ist aber konstruktiv nicht ganz einfach. Es ist auch eine Einrichtung bekannt, um einen Teil des Arbeitsmittels durch einen zwischen Ein- und Aus tritt des Laufrades in der begrenzenden Wand lie genden Spalt abzuführen, der durch Verschiebung eines Bogenstückes dieser Wand verändert werden kann.
Die Ableitung von angesaugtem Arbeitsmittel ins Freie, das bereits einen Teil des Förderweges durch die Maschine zurückgelegt hat, bedeutet nicht zurückgewinnbaren Energieverlust, der den Verdich- terwirkungsgrad wesentlich herabsetzt. Auch darf nicht übersehen werden, dass bei allen Ausführungen mit verschiebbaren Wänden durch vor- oder zurück springende Ecken und Kanten im Strömungsweg des Arbeitsmittels unvermeidlicherweise Stoss- oder Ab lösungsverluste auftreten.
Bei Axialturbinen und -verdichtern werden oft mals verdrehbare Leitschaufeln angewendet. Diese Ein richtung ist sehr zweckentsprechend, doch ist der Verstellmechanismus verhältnismässig kompliziert und bei kleinen Einheiten kaum unterzubringen. Man verwendet sie vor allem dort, wo mit Hilfe einer empfindlichen Regelung eine Feineinstellung erzielt werden soll, also in grösseren Einheiten, bei denen ein Prozent Wirkungsgradverlust bzw. -gewinn sehr ins Gewicht fällt.
Die Aufzählung dieser Nachteile, Schwierigkeiten und Beschränkungen zeigt, dass noch kein allgemein anwendbares Verfahren oder eine danach arbeitende Einrichtung besteht, um mit einfachen und verhält nismässig billigen Mitteln die Anpassung einer thermi schen Strömungsmaschine an die jeweiligen Betriebs bedingungen zu ermöglichen. Dieser Forderung ent spricht die erfindungsgemässe Massnahme bei der im Strömungsweg des: Arbeitsmittels der freie Quer schnitt durch verschiebbare Leitschaufeln sprung- artig veränderlich ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, wofür der beschaufelte Diffusor eines Radialverdichters gewählt wurde. Fig.2 zeigt einen Axialschnitt durch den Diffusor und den Verstell- mechanismus nach der Linie II-11 in Fig.3;
in Fig.3 sind ein Radialschnitt durch den Diffusor nach der Linie III-III in Fig.2 und noch weitere Variationsmöglichkeiten veranschaulicht. In beiden Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
An das Laufrad 1 schliesst der mit Leitschaufeln 2 versehene Diffusor 3 an. Im Gehäuse 4 sind zu sätzliche Leitschaufeln 5 untergebracht, die in Rich tung ihrer Längsachse in den Strömungsweg des Ar beitsmittels eingeschoben und wieder in das Gehäuse zurückgezogen werden können. Auf diese Weise wird der freie Querschnitt für das durchströmende Ar beitsmittel sprungartig verändert. Der Durchtritt durch die Gehäusewand 6 erfolgt durch den Schlitz 7, der genau der Profilform der Schaufel entspricht. Zur Vermeidung von Wirbelverlusten ist es von Vorteil, wenn die Deckfläche 8 der Schaufel 5 in der zurückgezogenen Stellung mit der Gehäusewand 6 eine strömungsglatte Fläche bildet.
Um die Hin- und Herbewegung der Schaufeln 5 zu ermöglichen, ist jede von ihnen mit einem Bolzen 9 verbunden, der in einem Lagerkörper 10 geführt ist. Sobald die kolbenartig ausgebildete Unterseite 11 des Bolzens mit Druckgas beaufschlagt wird, be wegt sich dieser nach vorne und schiebt die zusätz liche Schaufel in den Strömungsweg des Arbeits mittels; lässt der Druck nach, zieht die Schrauben feder 12 den Bolzen wieder in seine Ausgangslage zurück und ein grösserer Strömungsquerschnitt ist freigegeben. Es wäre auch möglich, nicht jede Schau fel und ihren Bolzen mit einem eigenen Antrieb zu versehen, sondern alle Schaufeln über einen Ring zu verbinden, der z. B. mit drei Kraftkolben axial verschoben wird.
Es ist wichtig, dass der Einschiebevorgang zwar rasch, aber nicht zu schlagartig, sondern nur ge dämpft vor sich geht, um die Deckfläche 8 der Schaufeln nicht zu beschädigen. Durch zweckmässige Abstimmung von Gasdruck und Federkraft aufeinan der kann das ermöglicht werden. Zur Sicherheit ist an der Innenseite des Lagerkörpers 10 noch ein An schlag für den Federteller 13 vorgesehen. Anderseits muss dafür gesorgt sein, dass die Schaufel 5 an der Gegenwand 14 dicht anliegt, da jeder Spalt eine Störung der Strömung verursacht.
Selbstverständlich kann die Bewegung der Schau feln auch durch einen hydraulischen, mechanischen, elektrischen oder sonstigen Antrieb ausgeführt wer den. Bei Verwendung von Drucköl ist in den meisten Fällen eine vollkommene Dichtheit gegen das Ar beitsmittel unerlässliche Voraussetzung. Die Verwen dung von Druckgas hingegen weist verschiedene Vor teile auf. Der Überdruck verhindert das Eindringen von Staub in den Verstellmechanismus. Es werden genügend grosse Stehkräfte erzeugt, um die Reibung und andere Widerstände sicher zu überwinden und das Einschieben hinreichend rasch durchzuführen. Auch kann Druckgas dem Arbeitsmittel auf dem Strömungsweg durch die Maschine entnommen wer den, steht also jederzeit zur Verfügung.
Wird ein Verdichter im Zusammenhang mit einem Verbren nungsmotor verwendet, ist meist auch Druckluft verfügbar.
Es hängt von den Platzverhältnissen, der Art der Strömung an der betreffenden Stelle und dem Ausmass der gewünschten Verschiebung des Betriebs bereiches ab, welche Form für die zusätzlichen Leit- schaufeln jeweils vorzuziehen ist. Eine Lösung be steht darin, die Schaufelzahl im Diffusor zu ver grössern, indem zwischen die schon vorhandenen Leitschaufeln 2 gleichartige Schaufeln 15 eingescho- ben werden (Fig. 3). Es entsteht dadurch ein Schau felgitter guter Wirkung, doch ist die erreichbare Verengung des freien Strömungsquerschnittes und die Verschiebung des Betriebsbereiches nicht sehr gross.
Eine bessere Wirkung wird durch dicke Schau feln 5 erzielt, die einen wesentlichen Teil des freien Querschnittes versperren, jedoch nur bei tieferen Machzahlen zulässig sind. Durch ihre Kürze sind sie konstruktiv leicht unterzubringen. Noch günstiger sind in dieser Hinsicht Schaufeln mit den Profil formen 16 und 17. Die ersteren stellen einen Vor flügel zu den feststehenden Leitschaufeln dar, wäh rend die letzteren sie nach innen verlängern. Mit diesen lässt sich nicht nur eine Verengung des freien Querschnittes, sondern auch eine Änderung des Ein trittswinkels erreichen. Ferner wäre es möglich, mit dem Einschieben derartiger Zusatzschaufeln gleich zeitig die Vorderkanten der feststehenden Leitschau- feln zu reinigen.
Welche Form für die zusätzlichen Leitschaufeln auch gewählt wird, wesentlich ist, dass sie ein rota tionssymmetrisches Gitter bilden, das sich dem Gitter der feststehenden Leitschaufeln organisch anpasst. Statt der sprungartigen Verstellung wäre es prinzi piell auch möglich, nicht alle Schaufeln zusammen, sondern sie gestaffelt, also in Gruppen einzuschieben. Ferner kann es auch vorteilhaft sein, zwei Schaufel formen zu kombinieren und erst das Schaufelgitter mit der einen, dann das Schaufelgitter mit der ande ren Schaufelform einzuschieben. Es würden sich damit drei Betriebsbereiche der Maschine erzielen lassen.
Wenn vorstehend als Ausführungsbeispiel für in Richtung ihrer Längsachse verschiebbare Leitschau- feln der beschaufelte Austrittsdiffusor eines Radial verdichters gewählt wurde, so lassen sie sich, ebenso gut wie in Kombination mit feststehenden Leitschau- feln, doch auch für sich allein, also z.
B. in einem unbeschaufelten Diffusor anwenden, gleicherweise aber für das Vorrotationsgibter, für axial wie für radial durchströmte Maschinen, mit der Einschiebe richtung parallel, schräg oder senkrecht zur Rota tionsachse der Maschine. Eine andere, aber dem Wesen nach ähnliche Möglichkeit zur Änderung des freien Strömungsquer schnittes besteht darin, die im Strömungsweg des Arbeitsmittels bereits vorhandenen Leitschaufeln senkrecht zu ihrer Längsachse zu verschieben.
In Fig. 3 ist bei der linken Leitschaufel 18 die geänderte Stellung 19 gestrichelt angedeutet. Die Verschiebung kann dabei in der Richtung der Profilachse, aber auch parallel zu ihr erfolgen, z. B. radial nach innen. Das Ergebnis ist in beiden Fällen eine Verkleinerung des Eintrittsquerschnittes in den Leitapparat. Diese konstruktive Lösung kommt praktisch nur für Schau feln in Frage, deren Längsachse parallel oder schräg zur Rotationsachse der Maschine angeordnet ist. Bei senkrecht dazu stehender Längsachse wäre sie wenig wirkungsvoll. Wie eingangs erwähnt, wird von Turboverdich tern oftmals ein sehr breiter Fördervolumenbereich mit annähernd konstantem Förderdruck verlangt.
Dieser Forderung wird durch die beschriebene Ein richtung mit ihren verschiedenen Variationsmöglich keiten in genügender und konstruktiv einfacher Weise entsprochen. Für grosse Volumina wird die Einstel lung des Leitapparates mit weitem, für kleine Volu mina die Einstellung mit engem Eintrittsquerschnitt gewählt. Die Umschaltung vom weiten auf den engen Querschnitt erfolgt zweckmässigerweise durch einen Steuerimpuls, sobald sich bei abnehmendem För- dervolumen der Betriebspunkt zu sehr der Pump grenze nähert.
Dient der Verdichter zur Aufladung eines Zweitaktmotors, wie es beispielsweise in Fig.1 dargestellt ist, dann müssen seine Betriebspunkte auf der Kurve B liegen. Der Punkt 2 wird mit dem weiten Eintrittsquerschnitt gefahren, dem die Pump grenze P2 entspricht. Bei sinkender Last nehmen Fördermenge und Förderdruck ab und der Betriebs punkt wandert nach unten. Bevor er zu nahe<I>an</I> P2 herankommt oder gar überschneidet, tritt z. B. in der Nähe des Punktes A die Verstelleinrichtung in Tätigkeit.
Durch Einschieben von zusätzlichen oder durch Verschieben der im Strömungsweg vorhandenen Leitschaufeln wird der freie Strömungsquerschnitt sprungartig verkleinert und die Pumpgrenze nach P1 verschoben. Nun können auch kleine Teillasten bis zum Punkte 1 hinunter ohne Pumpgefahr gefahren werden. Bei wieder ansteigender Last tritt sinnge mäss der umgekehrte Vorgang ein. Der Impuls zur Schaufelverstellung kann dabei von der Motorlei stung, der Motordrehzahl, dem Aufladedruck oder einer Kombination davon ausgehen. Ganz allgemein kann bei jeder Maschine eine ihrer Betriebsgrössen zur Impulsgabe herangezogen werden.
Die beschriebene Einrichtung zur Steuerung einer Strömungsmaschine lässt sich vor allem dort mit Vorteil anwenden, wo es nicht auf eine dauernde Nachregelung zur Einstellung des bestmöglichen Wirkungsgrades ankommt, sondern eine sprungartige, gegebenenfalls stufenweise Änderung des Betriebs bereiches genügt. Eine solche Einrichtung ist kon struktiv verhältnismässig einfach, daher wenig stör anfällig und niedrig in den Kosten und bedarf nur eines unkomplizierten Impulsgebers, der bei Errei chung des eingestellten Grenzwertes anspricht.
Method and device for controlling a thermal flow machine The invention relates to a method and a device for controlling a thermal flow machine, which blades at least one row of running blades and a row of non-rotatable guide vanes and whose housing walls limiting the flow through the machine are designed as fixed construction parts .
In many cases, the working area of a thermal flow machine with a grid of fixed guide vanes is not sufficient for all operating requirements. In the case of turbines, for example, it is often desirable to be able to change their swallowing capacity and thus their output quickly. Single or multi-stage compressors for supplying compressed air networks, in the chemical industry or in steelworks, often require a very wide delivery volume range with an almost constant delivery pressure.
A similar problem exists with exhaust gas turbo compressors on engines that have to deliver high mean pressure over a wide speed range. However, the boost pressure decreases sharply as the engine speed drops, with the diffuser in the turbo compressor unchanged. In order to prevent this, on the one hand the flow cross-section of the guide apparatus of the radial or axial turbine should be able to be reduced, on the other hand the pumping of the compressor must be prevented. Difficulties can arise on the compressor even if the turbine nozzle is fixed.
In four-stroke engines, if the engine speed is reduced at constant mean pressure, the operating point moves on a curve that is flatter than the surge limit of the compressor, so that there is a tendency to surge at reduced speed. The same difficulty occurs with two-stroke engines under low load when the turbo compressor has to promote densities in parallel with engine or externally driven flushing compressors. This latter case will be discussed in more detail for clarity; however, it is only one of the problems which the present invention solves.
In the diagram of FIG. 1, V denotes the volume of air drawn in or conveyed, p the boost pressure. A two-stroke engine swallows an amount of air in accordance with the parabolic curve M. If a scavenging compressor now supplies part Sv of the air, the turbo compressor still has the part Tv to deliver. The operating points of the turbo compressor must therefore lie on curve B. 2 denotes an operating point with high engine load, and 1 denotes an operating point at low partial load.
The curves P1 and P2 are surge limits of the radial compressor, which result in a diffuser arranged in the outlet diffuser with a narrow or wide inlet cross section. Curves C1 and C2 are corresponding operating characteristics at constant compressor speed that are chosen to pass through point 2. With the P1-C2 combination, the compressor works in point 2, i.e. with a high motor load, in the range of the best efficiency.
At partial load, however, point 1 comes to lie to the left of the surge limit P2, so that stable operation is no longer possible. In order to be able to drive stably also in point 1, i.e. at low partial load, a diffuser must be selected that gives the surge limit P1. With a high engine load, however, operating point 2 is far away from the surge limit, where the compressor only has a reduced efficiency.
It would therefore be desirable to have an adjusting device available in order to be able to move to point 2 with a setting which results in the surge limit P2, and point 1 with a setting which results in P1. In this way, the compressor characteristics could be largely adapted to the engine load. There are various adjusting devices known in order to fill the various tasks that occur during the operation of turbomachines and require regulation or control.
In a radial compressor, for example, one of the boundary walls of the outlet diffuser is displaced in parallel. The realization of this idea is not very easy in terms of construction. There is also a device known to dissipate part of the working fluid through a between entry and exit of the impeller in the delimiting wall lying lowing gap, which can be changed by moving a curved section of this wall.
The discharge of sucked-in working fluid into the open air, which has already covered part of the conveying path through the machine, means energy loss that cannot be recovered, which significantly reduces the compressor efficiency. It should also not be overlooked that in all versions with movable walls, jerking or detachment losses inevitably occur due to corners and edges jumping forwards or backwards in the flow path of the working medium.
Rotatable guide vanes are often used in axial turbines and compressors. This one direction is very appropriate, but the adjustment mechanism is relatively complicated and can hardly be accommodated in small units. They are mainly used where a fine adjustment is to be achieved with the help of a sensitive control, i.e. in larger units where one percent loss or gain in efficiency is very important.
The enumeration of these disadvantages, difficulties and limitations shows that there is still no generally applicable method or a device operating according to it to enable a thermal flow machine to be adapted to the respective operating conditions with simple and relatively cheap means. This requirement corresponds to the measure according to the invention in which the free cross-section in the flow path of the working medium can be changed abruptly by displaceable guide vanes.
The drawing shows an embodiment for which the bladed diffuser of a radial compressor was chosen. FIG. 2 shows an axial section through the diffuser and the adjustment mechanism along the line II-11 in FIG. 3;
FIG. 3 shows a radial section through the diffuser along the line III-III in FIG. 2 and further possible variations. In both figures, the same parts are provided with the same reference numerals.
The diffuser 3 provided with guide vanes 2 adjoins the impeller 1. In the housing 4 additional guide vanes 5 are housed, which are inserted in the direction of their longitudinal axis in the flow path of the Ar beitsmittel and can be retracted back into the housing. In this way, the free cross section for the Ar flowing through is changed abruptly. The passage through the housing wall 6 takes place through the slot 7, which corresponds exactly to the profile shape of the blade. To avoid eddy losses, it is advantageous if the top surface 8 of the blade 5 in the retracted position forms a smooth surface with the housing wall 6.
In order to enable the blades 5 to move back and forth, each of them is connected to a bolt 9 which is guided in a bearing body 10. As soon as the piston-like underside 11 of the bolt is acted upon by pressurized gas, be this moves forward and pushes the additional Liche shovel in the flow path of the work means; if the pressure decreases, the coil spring 12 pulls the bolt back into its original position and a larger flow cross section is released. It would also be possible not to provide each blade and its bolt with its own drive, but to connect all the blades via a ring that z. B. is axially displaced with three power pistons.
It is important that the pushing-in process takes place quickly, but not too suddenly, but only attenuated, so as not to damage the top surface 8 of the blades. This can be made possible by appropriate coordination of gas pressure and spring force. For safety, a stop for the spring plate 13 is provided on the inside of the bearing body 10. On the other hand, it must be ensured that the blade 5 lies tightly against the opposing wall 14, since every gap causes a disturbance of the flow.
Of course, the movement of the blades can also be carried out by a hydraulic, mechanical, electrical or other drive who the. When using pressure oil, complete tightness against the working medium is essential in most cases. The use of pressurized gas, however, has various advantages. The overpressure prevents dust from entering the adjustment mechanism. Sufficiently large standing forces are generated to safely overcome friction and other resistances and to carry out the insertion quickly enough. Compressed gas can also be taken from the working medium on the flow path through the machine, so it is available at all times.
If a compressor is used in conjunction with an internal combustion engine, compressed air is usually also available.
It depends on the available space, the type of flow at the point in question and the extent of the desired displacement of the operating area, which shape is preferred for the additional guide vanes. One solution is to increase the number of blades in the diffuser by inserting blades 15 of the same type between the already existing guide blades 2 (FIG. 3). This creates a swing grid with good effect, but the achievable narrowing of the free flow cross-section and the shift in the operating range are not very large.
A better effect is achieved by thick blades 5, which block a substantial part of the free cross-section, but are only permitted at lower Mach numbers. Due to their shortness, they are easy to accommodate structurally. In this regard, blades with the profile 16 and 17 are even cheaper. The former are a front wing to the fixed guide vanes, while the latter extend them inward. These can be used not only to narrow the free cross section, but also to change the entry angle. It would also be possible to clean the leading edges of the stationary guide vanes at the same time as such additional vanes are pushed in.
Whichever shape is chosen for the additional guide vanes, it is essential that they form a rotationally symmetrical lattice that organically adapts to the lattice of the stationary guide vanes. Instead of the sudden adjustment, it would in principle also be possible not to put all the blades together, but rather to push them in staggered, i.e. in groups. Furthermore, it can also be advantageous to combine two blade shapes and first insert the blade grid with one, then the blade grid with the other blade shape. It would be possible to achieve three operating ranges of the machine.
If the bladed outlet diffuser of a radial compressor was chosen as an exemplary embodiment for guide vanes that can be displaced in the direction of their longitudinal axis, they can be used just as well as in combination with stationary guide vanes, but also on their own, e.g.
B. use in a non-bladed diffuser, but equally for the Vorrotationsgibter, for axially as for radially flowed machines, with the insertion direction parallel, oblique or perpendicular to the axis of rotation of the machine. Another, but similar in essence, possibility of changing the free flow cross-section is to move the guide vanes already present in the flow path of the working fluid perpendicular to their longitudinal axis.
In FIG. 3, the changed position 19 of the left guide vane 18 is indicated by dashed lines. The shift can take place in the direction of the profile axis, but also parallel to it, for. B. radially inward. In both cases, the result is a reduction in the cross-section of the inlet to the diffuser. This constructive solution is practically only possible for blades whose longitudinal axis is arranged parallel or obliquely to the axis of rotation of the machine. If the longitudinal axis was perpendicular to it, it would not be very effective. As mentioned at the beginning, turbo compressors often require a very wide delivery volume range with an almost constant delivery pressure.
This requirement is met by the described device with its various possible variations in a sufficient and structurally simple manner. For large volumes, the diffuser is set with a wide inlet cross-section, for small volumes the setting with a narrow inlet cross-section. Switching from the wide to the narrow cross-section is expediently carried out by means of a control pulse as soon as the operating point approaches the pump limit too closely with decreasing delivery volume.
If the compressor is used to charge a two-stroke engine, as shown for example in FIG. 1, then its operating points must lie on curve B. Point 2 is driven with the wide inlet cross-section to which the pump limit P2 corresponds. When the load drops, the delivery rate and delivery pressure decrease and the operating point moves downwards. Before it gets too close <I> to </I> P2 or even overlaps, z. B. in the vicinity of point A, the adjustment device in action.
By inserting additional guide vanes or by moving the guide vanes present in the flow path, the free flow cross-section is abruptly reduced and the surge limit is shifted to P1. Now even small partial loads can be driven down to point 1 without the risk of pumping. When the load increases again, the reverse process occurs. The impulse to adjust the blades can come from the engine performance, the engine speed, the boost pressure or a combination thereof. In general, one of its operating parameters can be used for the impulse generation of every machine.
The described device for controlling a turbomachine can be used to advantage above all where continuous readjustment for setting the best possible efficiency is not important, but a sudden change in the operating range is sufficient. Such a device is structurally relatively simple, therefore less prone to disruption and low in costs and only requires an uncomplicated pulse generator that responds when the set limit is reached.