Das Laufrad eines Zentrifugalverdichters koaxial umschliessender, für die Anströmung mit Überschallgeschwindigkeit bestimmter Leitapparat Die Erfindung betrifft einen das Laufrad eines Zentrifuaalverdichters koaxial urnschliessenden Leitap- parat mit einem für die Anströmung, mit Überschallge schwindigkeit durch das aus dem Laufrad austretende Strömungsmittel bestimmten Kranz von drehbaren Leitschaufeln, welche sich in Umfangsrichtung soweit überdecken,
dass jeweils das an die Eintrittskante an- schliessende Anfangsteil der Schaufel mit dem in die Austrittskante übergehenden Endteil der in Drehrich- tuno des Laufrades vorangehenden Schaufel einen Kanal begrenzt, in welchem die Strömung von über- schall"eschwindi±!1,eit auf Unterschalllgeschwindigkeit verzöoert wird.
<B>C</B> Bei einem bekannten Leitapparat dieser Art liegen die Drehachsen der für die Anströmung mit Oberschall- geschwindi <B>'</B> gkeit bestimmten Schaufeln im Bereiche ihrer Austrittskanten. welche daher bei der Drehung der Schaufeln um ihre Achsen ihre Lage nicht oder nur wenig ändern.
Dieser Schaufelkranz ist von einem in Strömungsrichtung nachfolgenden zweiten Schaufel kranz um-eben, der die weitere Verzö2eruno, der Strö mung im Unterschallbereich zu bewirken hat und eine dem ersten SchaLifelkranz entsprechende Anzahl von festen Leitschaufeln aufweist,von denen -jede bei nor- mal,#eöffneter Stellun- des ersten Schaufelkranzes an eine der Schaufeln des letzteren anschliesst und deren kontinuierliche Fortsetzung, bildet.
Beim Schliessen des Leitapparatcs wird bei diesem bekannten Leitapparat eine Verengung des Kanals hauptsächlich dadurch bewirkt, dass sich die Eintritts kante der in Drehrichtung des Laufrades nachfolgen den Schaufel von der Nlaschinenachse aus gesehen nach aussen bewegt.
Das Strömun.gsmittel durchströmt dann nach dem Äustritt aus dem Laufrad einen in radialer Richtung vergrösserten freien Ringraum, be vor es in den Leitapparat eintritt, was insofern ungün- stia ist, a!s dieser freie Rinoraum für die Druckerzeu gung wenig wirksam ist, sondern vielmehr wegen der Vergrösserung des vom Strömungsmittel mit hoher Ge- schwiridigkelt durchlaufenden Strörnungsweges erhöhte Reibungsveriuste ergibt.
Ziel der Erfindun2 ist es, die Druckumsetzung <B>'im</B> Leitapparat im Bereich verminderter Durchsatzmenge zu verbessern. Bei einem Leitapparat der eingangs be schriebenen Art ist zu diesem Behufe gemäss der Er findung jede Schaufel derart drehbar, dass der Ver- stellweg, der Flintrittskante kleiner ist als derjenige der Austrittskante.
Mit dieser Xclassnahme wird erreicht, dass beim Schliessen des Leitapparates die Verengung des Kanals hauptsächlich dadurch bewirkt wird, dass sich die Aus trittskante der in Drehrichtung des Laufrades vorange henden Schaufel nach einwärts, das heisst in Richtung gegen die Maschinenachse bewegt.
Die Eintrittskante der Schaufel ändert dagegen ihre Lage um höchstens einen geringen<U>Betrag.</U> so dass der Abstand der Ein- tritiseite des Leiiapparates vom Laufrad praktisch nicht erhöht wird.
Cberdies erYibt sich der Vorteil, dass sich der mittlere Abstand des Kanalquerschnittes vom Laufrad beim Schliessen des Leitapparates vermindert, <B>so</B> dass dieser Kanal in den Bereich höherer Strö- munoseeschwindigkeit -,elanct, weshalb bei einem Ver- diclitun2sstoss im Kanal ein erhöhter Druck erzeugt wird,
Mit Vor-teil ist der für die Anströmung mit Cber- schallgeschwindigkeit bestimmte Schaufelkranz von ei nem in Strömungsrichtung nachfolgenden zweiten Schau felkranz mit vorzugsweise ebenfalls drehbaren Leit- schaufeln umgeben. Es kann da-nn z. B. jede Schaufel des zweiten Schaufelkranzes, wie es an sich bekannt ist, mit einer Schaufel des ersten Schaufelkranzes starr verbunden und zusammen mit dieser um eine aerrtein- same Achse drehbar sein.
Eine noch bessere Anpas sungsmöglichkeit dor Schaufelstellungen des zweiten Schaufelkranzes an die Schaufelstellungen des ersten Schaufelkranzes er2ibt sich dann, wenn., wie im Patent Nr. 486<B>636</B> beschrieben ist., die Schaufeln der beiden Schaufelkränze um unterschiedliche Achsen drehbar sind und die Di-eilacliscii der Schaufeln der beiden Schaufelkränze relativ gegeneinander in deren Um fangsrichtung verschiebbar sind, In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für einen Leitapparat gemäss der Erfindung vereinfacht dargestellt.
Es zeigen: Fig. <B>1</B> einen Teilschnitt durch den für die Anströ- mung mit überschallgeschwindl,-keit bestimmten Schaufelkranz Fig. 2 den Schaufelkranz der Fig. <B>1</B> in Verbindung <B>C</B> ZD mit einem zweiten Schaufelkranz mit drehbaren Leit- schaufeln Fig. <B>3</B> eine weitere Ausführungsform eines Leitap- parates mit zwei Schaufelkränzen.
Genläss Fig. <B>1</B> weist ein das Laufrad<B>1</B> eines Zen- trifugalverdichters k-oaxial umgebender Leitapparat einen für die Anströmunty mit Cberschallgeschwindig- keit durch das aus dem Laufrad<B>1</B> austretende Strö- munesmittel bestimmten Kranz<B>21</B> von drehbaren Leit- schaufeln <B>3</B> auf.
Die Leitschaufeln<B>3</B> haben Profile mit nach den bekannten Gesetzen der Aerodynamik für überschallströmuna an-eschärften Eintrittskanten 4. Die Austrittskanten sind mit<B>5</B> bezeichnet. Die Leit- schaufeln <B>3</B> überdecken sich in Urnfangsrichtung des Schaufelkranzes 2 soweit, dass jeweils das an die Ein trittskante 4 anschliessende Anfangstell einer Schaufel <B>3</B> mit dem in die Austrittskante<B>5</B> übergehenden End- teil der in Drehrichtung des Laufrades t vorangehen den Schaufeln<B>3</B> einen Kanal<B>6</B> be(Yrenzt,
in welchem die Strömung z. B. durch einen längs einer Linie<B>7</B> ver laufenden Verdichtungsstoss von Cberschallgeschwin- digkeit auf Unterschallgeschwindigkeit verzögert wird.
Die Schaufeln<B>3</B> sind an Tellern<B>8</B> befestigt, welche um Achsen<B>9</B> drehbar sind. Die Drehachse<B>9</B> jeder Schaufel<B>3</B> liegt hierbei nahe dem an die Eintrittskante 4 anschliessenden Anfanesteil der Schaufel.
<B>b</B> Wird nun eine Verringerung der Durchtrittsmenge 0ewünscht, so werden die Schaufeln<B>3</B> im Uhrzeiger- drehsinn um ihre Achsen<B>9</B> gedreht, so dass sie z. B. in die in Fig. <B>1</B> gestrichelt eingetragene Lage<B>3'</B> gelangen.
<B>C C C C</B> Die Eintrittskanten 4 bewegen sich dabei um einen Be- tra#, a nach aussen, die Austrittskanten<B>5</B> dagegen um einen Betrag<B>b</B> nach innen. Infolge der beschriebenen Laaeder Achse<B>9</B> mit Bezug auf den Kanal<B>6</B> ist der Betrao <B>b</B> wesentlich crösser als der Betraa a. Der Zwi schenraum zwischen dem Laufrad<B>1</B> und dem Kreis, auf dem die Eintrittskanten<B>-1</B> lie2en. ver(Yrössert sich daher nur geringfügig.
Die Verengung des Kanals<B>6</B> wird hauptsächlich durch die Einwärtsbewegung der Austrittskante<B>5</B> bewirkt. Die Mitte des eintrittseitigen Kanalquerschnittes verschiebt sich dabei von einer Lage<B>10</B> in eine Lage<B>10'</B> gegen innen und gelangt in den Bereich höherer Geschwindickeit. mit dem Vorteil, dass im Kanal<B>6</B> ein höherer Druck erzeugt werden kann.
Gemäss Fig. 2 besitzt der Leitapparat ausser dem Schaufelkranz 2 noch einen diesen um#-,ebenden und ihm in Strömungsrichtung nachfolgenden zweiten Schaufp,lkranz <B>11.</B> in welchem das Strömungsmittel in Unterschallbereich weiter verzöoert wird. Dieser zweite Schaufelkranz ist durch Leitschaufeln 12 gebildet, die an Tellern<B>13</B> befestigt und um weiter aussen als die Achsen<B>9</B> lie-ende Achsen 1-4 drehbar sind.
Ihre Nei- 2tin±! -,e2en die Urnfangsrichtung kann daher der jewei- fitlen- der Leitschaufe)n <B>3</B> des Kranzes 2 ange- passt werden. Zusätzlich ist aber hier noch die<B>Mög-</B> lichkeit gegeben, die Drehachsen<B>9</B> und 14 der beiden Schaufelkränze 2 und<B>11</B> relativ gegeneinander in de ren Umfan-srichtung zu verschieben. Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass der ganze Schaufelkranz 2 mit den Tellern<B>8</B> um die Maschinenachse gedreht wird.
Auf diese Weise können bei allen Betriebsbedin gungen die Schaufeln des zweiten Schaufelkranzes rela tiv zu dem vom ersten Schaufelkranz ab-ehenden Strö mungsfeld in die bezüglich Wirkungsgrad und insbe sondere im Hinblick auf die Vermeidung von Strö mungsablösung an den Schaufeln günstigste Lage<B>ge-</B> bracht werden. Bei einer Schliessbewegung der Schau feln<B>3</B> und 12 müsste z. B. der Scl#aufelkranz 2 in Pfeilrichtuno um die Maschinenachse -edreht werden.
Konstruktiv einfacher ist die Ausführungsform ge- mäss Fig. <B>3.</B> Hier sind die Schaufeln<B>3</B> des inneren Schaufelkranzes 2 an etwas grösseren Tellern<B>15</B> befe stigt, deren Drehachsen<B>16</B> wiederum jeweils in der Nähe des von der betreffenden Schaufel mit der in Drehrichtune des Laufrades voram-),ehenden Schaufel -en.
Die Drehachsen<B>16</B> lieoen gebildeten Kanals<B>6</B> lieg t' dabei, von der Nilaschinenachse aus eesehen, ausser- halb der Befestiounosstellen der Schaufeln<B>3</B> an den Tellern<B>15.</B> Die Schaufeln<B>12</B> des zweiten Schaufel kranzes sind bei dieser Ausführungsform, wie dies an sich bekannt ist, Jeweils am gleichen Teller<B>15,
</B> aber auf der GeQenseite zur Drehachse<B>16</B> befestiet. Jede Schaufel 12 des zweiten Schaufelkranzes<B>11</B> ist somit mit einer Schaufel<B>3</B> des ersten Schaufelkranzes 2 starr verbunden und mit dieser um die clemeinsame Achse <B>16</B> drehbar.
Diese Ausführunosform er(2ibt zwar bei einer Schliessbewegung des Leitapparates in einem für die Strömung günstigen Sinne eine 2e\,#,isse Verschiebung des inneren Schaufelkranzes relativ zum äusseren Schaufelkranz in dessen Umfangsrichtung. Die Anpas sungsmöglichkeit ist aber beschränkt, da diese Relativ- verschiebuno nur infolge der exzentrischen Lage der Schaufeln mit Bezue auf die Drehachsen erhalten wird und überdies stets eine Drehung der Schaufeln der bei den Schaufelgitter um den gleichen Betra erzwungen <B>9</B> wird.
The diffuser coaxially enclosing the impeller of a centrifugal compressor and intended for the flow at supersonic speed overlap in the circumferential direction so far,
that in each case the beginning part of the blade adjoining the leading edge with the end part of the blade preceding in the direction of rotation of the impeller, which merges into the trailing edge, delimits a channel in which the flow is decelerated from supersonic to subsonic speed becomes.
<B> C </B> In a known diffuser of this type, the axes of rotation of the blades intended for the inflow with upper sound speed lie in the area of their outlet edges. which therefore do not or only slightly change their position when the blades rotate about their axes.
This blade ring is surrounded by a second blade ring following in the flow direction, which has to effect the further deceleration of the flow in the subsonic area and has a number of fixed guide vanes corresponding to the first blade ring, each of which at normal, # Open position of the first blade ring adjoins one of the blades of the latter and forms its continuous continuation.
When the diffuser is closed, in this known diffuser a narrowing of the channel is mainly caused by the fact that the inlet edge of the blade following in the direction of rotation of the impeller moves outwards as seen from the machine axis.
After exiting the impeller, the fluid then flows through a free annular space enlarged in the radial direction before it enters the diffuser, which is unfavorable as this free annular space is not very effective for generating pressure, but rather rather, because of the enlargement of the flow path traversed by the fluid at high speed, there is an increased friction loss.
The aim of the invention is to improve the pressure conversion <B> 'in the </B> guide apparatus in the area of reduced throughput. In a diffuser of the type described at the outset, for this purpose, according to the invention, each vane can be rotated in such a way that the displacement path of the leading edge is smaller than that of the trailing edge.
With this Xclassnahme it is achieved that when the diffuser is closed, the narrowing of the channel is mainly caused by the fact that the leading edge of the blade moving in the direction of rotation of the impeller moves inwards, i.e. in the direction against the machine axis.
The leading edge of the blade, on the other hand, changes its position by at most a small amount. So that the distance between the entry side of the lumbar and impeller is practically not increased.
In addition, there is the advantage that the mean distance of the channel cross-section from the impeller is reduced when the diffuser is closed, <B> so </B> that this channel elancts into the area of higher flow velocity -, which is why in the event of a compression shock Channel an increased pressure is generated,
Advantageously, the blade ring intended for the incident flow at supersonic speed is surrounded by a second blade ring following in the flow direction, with guide blades which are preferably likewise rotatable. It can then e.g. B. each blade of the second blade ring, as is known per se, rigidly connected to a blade of the first blade ring and rotatable together with this about a separate axis.
An even better possibility of adapting the blade positions of the second blade ring to the blade positions of the first blade ring is obtained if, as described in Patent No. 486 636, the blades of the two blade rings can be rotated about different axes and the di-eilacliscii of the blades of the two blade rings are displaceable relative to one another in their circumferential direction. In the drawing, exemplary embodiments for a diffuser according to the invention are shown in simplified form.
The figures show: FIG. 1 a partial section through the blade ring intended for the flow at supersonic speed, FIG. 2 the blade ring of FIG. 1 in conjunction <B> C </B> ZD with a second blade ring with rotatable guide vanes FIG. 3 A further embodiment of a guide device with two blade rings.
In general, FIG. 1 shows a guide apparatus surrounding the impeller <B> 1 </B> of a centrifugal compressor k-axially for the inflow at a supersonic speed through the flow from the impeller <B> 1 < / B> escaping flow means certain ring <B> 21 </B> of rotatable guide vanes <B> 3 </B>.
The guide vanes <B> 3 </B> have profiles with leading edges 4 that are sharpened in accordance with the known laws of aerodynamics for supersonic flow. The trailing edges are labeled <B> 5 </B>. The guide vanes <B> 3 </B> overlap in the circumferential direction of the vane ring 2 to such an extent that in each case the starting point of a vane <B> 3 </B> adjoining the entry edge 4 with the one in the trailing edge <B> 5 </B> End part of the blades <B> 3 </B> which precede the blades <B> 3 </B> in the direction of rotation of the impeller t be a channel <B> 6 </B> (Yrenzt,
in which the flow z. B. is delayed by a compression shock running along a line <B> 7 </B> from supersonic speed to subsonic speed.
The blades <B> 3 </B> are attached to plates <B> 8 </B>, which can be rotated about axes <B> 9 </B>. The axis of rotation <B> 9 </B> of each blade <B> 3 </B> is close to the starting part of the blade that adjoins the leading edge 4.
<B> b </B> If a reduction in the amount of passage 0 is now desired, the blades <B> 3 </B> are rotated clockwise about their axes <B> 9 </B> so that they can e.g. B. get into position <B> 3 '</B> shown in dashed lines in FIG. 1.
<B> C C C C </B> The leading edges 4 move outwards by a distance a, whereas the trailing edges <B> 5 </B> move inwards by an amount <B> b </B>. As a result of the described Laaeder axis <B> 9 </B> with reference to channel <B> 6 </B>, betrao <B> b </B> is significantly larger than betraa a. The space between the impeller <B> 1 </B> and the circle on which the leading edges <B> -1 </B> lay. Therefore, it only grows slightly.
The narrowing of the channel <B> 6 </B> is mainly caused by the inward movement of the trailing edge <B> 5 </B>. The center of the inlet-side channel cross-section shifts from a position <B> 10 </B> to a position <B> 10 '</B> towards the inside and reaches the area of higher speed. with the advantage that a higher pressure can be generated in channel <B> 6 </B>.
According to FIG. 2, in addition to the blade ring 2, the diffuser also has a second blade ring 11, which is adjacent to it and follows it in the direction of flow, in which the fluid is further decelerated in the subsonic range. This second blade ring is formed by guide vanes 12, which are attached to plates 13 and can be rotated about axes 1-4 which are further out than axes 9.
Your nineteen ±! -, e2en the circumferential direction can therefore be adapted to the respective guide vane) n <B> 3 </B> of the ring 2. In addition, however, there is the <B> possibility </B> of rotating axes <B> 9 </B> and 14 of the two blade rings 2 and <B> 11 </B> relative to one another in their circumference move direction. This can e.g. B. happen that the whole blade ring 2 with the plates <B> 8 </B> is rotated about the machine axis.
In this way, under all operating conditions, the blades of the second blade ring can be placed in the most favorable position in terms of efficiency and in particular with regard to avoiding flow separation at the blades relative to the flow field extending from the first blade ring. </B> be brought. With a closing movement of the blades <B> 3 </B> and 12, z. B. the Scl # aufelkranz 2 in the direction of the arrow around the machine axis -be rotated.
The embodiment according to FIG. 3 is structurally simpler. Here the blades <B> 3 </B> of the inner blade ring 2 are attached to somewhat larger plates <B> 15 </B>, their axes of rotation <B> 16 </B> in turn each in the vicinity of the blade leading from the blade in question with the blade in the direction of rotation of the impeller.
The axes of rotation <B> 16 </B> lie in the formed channel <B> 6 </B>, seen from the Nile machine axis, outside the fastening points of the blades <B> 3 </B> on the plates <B> 15. </B> The blades <B> 12 </B> of the second blade ring are in this embodiment, as is known per se, each on the same plate <B> 15,
</B> but fastened on the GeQseite to the rotation axis <B> 16 </B>. Each blade 12 of the second blade ring <B> 11 </B> is thus rigidly connected to a blade <B> 3 </B> of the first blade ring 2 and can be rotated therewith about the common axis <B> 16 </B>.
With a closing movement of the diffuser, this embodiment results in a 2e \, #, isse displacement of the inner blade ring relative to the outer blade ring in its circumferential direction in a sense that is favorable for the flow. The possibility of adjustment is limited, however, since this relative displacement is only as a result of the eccentric position of the blades with respect to the axes of rotation and, moreover, always a rotation of the blades which is forced by the same amount in the case of the blade grids.