-
Die
Erfindung betrifft einen mehrstufigen Radialverdichter zum Verdichten
insbesondere gasförmiger Fluide, mit einem Verdichtergehäuse,
in dem ein Strömungskanal für das zu verdichtende
Fluid ausgebildet ist, einem Laufrad mit mehreren Laufschaufeln,
die in dem Strömungskanal angeordnet und mit dem Laufrad
um eine Antriebsachse drehbar sind, einer 3D-Rückführbeschaufelung
mit mehreren Rückführschaufeln, die drehfest zu
dem Verdichtergehäuse sind, wobei der Strömungskanal
einen gekrümmten Umlenkkanal aufweist, der den Rückführschaufeln
in Strömungsrichtung vorgelagert ist.
-
-
Insbesondere
bei höheren Volumenströmen ist die Strömungswinkelverteilung
im Eintritt einer 180°-Umlenkung zwischen zwei Stufen des
Verdichters als Folge der Laufradabströmung sehr ungleichförmig,
was starke Fehleinströmungen in den bisher bekannten 2D-Rückführbeschaufelung
und somit unerwünschte Strömungsverluste zur Folge
hat. Verringert man zur Realisierung kleinerer Baugrößen
das Diffusorverhältniss, so verstärken sich Inzidenz-
und Sekundärströmungsverluste noch.
-
Aus
der
DE 195 02 808
C2 ist ein einstufiger Radialverdichter bekannt, der radial
außerhalb eines Laufrades ein stationäres Leitrad
aufweist. Die Leitschaufeln des Leitrades weisen über ihre
Länge eine Verwindung gemäß einer logarithmischen
Spirale auf, so dass die Leitschaufeln gegeneinander verwundene
Ein- bzw. Austrittskanten aufweisen. Ein Einsatz als Rückführbeschaufelung
zu einer nachfolgenden Schaufel mit einer Einströmung aus
einem gekrümmten Umlenkkanal wird nicht in Betracht gezogen.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Radialverdichter
zur Verfügung zu stellen.
-
Zur
Lösung dieser Aufgabe ist ein Radialverdichter nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale
weitergebildet. Anspruch 15 stellt ein Gehäuse, Anspruch
16 eine Rückführbeschaufelung für einen
solchen Radialverdichter unter Schutz. Die Unteransprüche
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
-
Ein
erfindungsgemäßer Radialverdichter weist zwei
oder mehr Radialverdichterstufen zum Verdichten eines Fluids, insbesondere
eines gasförmigen Fluides wie beispielsweise Luft oder
ein Prozessgas, auf. Hierzu umfasst er ein ein- oder mehrteiliges
Verdichtergehäuse, in dem wenigstens ein Strömungskanal
zum Umlenken des zu verdichtenden Fluids ausgebildet ist. Jede Stufe
weist ein Laufrad mit mehreren Laufschaufeln auf, die in dem Strömungskanal
angeordnet und zusammen mit dem Laufrad drehbar um eine Längs-
bzw. Drehachse sind.
-
Zwischen
zwei Stufen ist in dem Strömungskanal ein, vorzugsweise
um im Wesentlichen 180°, gekrümmter Umlenkkanal
ausgebildet, der den Laufschaufeln der stromaufwärtigen
Stufe in Strömungsrichtung nachgelagert und den Laufschaufeln
der stromabwärtigen Stufe in Strömungsrichtung
vorgelagert ist, um das aus der stromaufwärtigen Stufe ausgetretene,
verdichtete Fluid zur stromabwärtigen Stufe zurückzuführen.
-
Dem
gekrümmten Umlenkkanal in Strömungsrichtung nachgelagert
ist eine Rückführbeschaufelung mit mehreren Rückführschaufeln
vorgesehen, die drehfest zu dem Verdichtergehäuse sind, beispielsweise
durch Urformen, spanende oder erosive Bearbeitung oder dergleichen,
integral mit diesem ausgebildet, in diesem lösbar, etwa
durch Stecken oder Schrauben, oder unlösbar, beispielsweise durch
Schweißen oder Nieten, befestigt sind.
-
Die
Rückführbeschaufelung ist als 3D-Beschaufelung
ausgebildet, i. e. mit einer über der axialen Schaufelbreite
wenigstens bereichsweise unterschiedlichen Krümmung. Die
Rückführschaufeln weisen je einen Schaufelfuß und
einen diesem axial nachgelagerten, d. h. axial weiter von der in
Strömungsrichtung vorgelagerten Stufe entfernten Schaufelkopf
auf, die die axiale Schaufelbreite begrenzen bzw. den Strömungskanal
axial definieren. Als Schaufelfuß kann insbesondere ein
axial vorderster Querschnitt der Rückführbeschaufelung,
der der stromaufwärtigen Stufe zugewandt ist, bezeichnet werden,
als Schaufelkopf entsprechend ein axial hin terster Querschnitt der
Rückführbeschaufelung, der der stromabwärtigen
Stufe zugewandt ist.
-
Nach
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen der Schaufelfuß und/oder
der Schaufelkopf im Meridian- bzw. Meridionalschnitt eine von Null
und Unendlich wenigstens bereichsweise verschiedene Krümmung
auf. Insbesondere kann eine axiale Höhe des Schaufelfußes
bzw. -kopfes, d. h. sein Abstand zu einer Bezugsebene, welche normal
zur Längs- bzw. Drehachse orientiert ist, nichtlinear mit
der Länge bzw. mit der radialen Erstreckung der Rückführschaufel
variieren. Im gegensatz zu den bekannten linearen, i. e. geraden
oder schrägen Schaufelköpfen und -fußen
kann so die Strömung in der Rückführbeschaufelung
optimiert werden.
-
Ein
solcher in axialer Richtung nichtlinearer, gekrümmter Schaufelfuß bzw.
-kopf kann beispielsweise durch eine, vorzugsweise stückweise
definierte, Polynomfunktion über dem Radius für
die axiale Höhe relativ zu einer Normalebene auf die Drehachse,
beispielsweise eine Spline-Funktion oder Bezier-Kurve definiert
sein. Vorzugsweise geht der gekrümmte Schaufelfuß bzw.
-kopf stetig, vorzugsweise glatt, d. h. ein- oder mehrfach stetig
differenzierbar, insbesondere ohne Krümmungssprung, in
die angrenzenden Bereiche des Strömungskanals über.
-
Der
Verlauf der vorstehend definierten axialen Höhe des Schaufelfußes
bzw. -kopfes über einer Bezugsebene senkrecht zur Drehachse
längs der Rückführschaufeln kann ein
oder mehr wenigstens lokale Extrema, d. h. ein oder mehr Minima
und/oder Maxima, aufweisen. Insbesondere, wenn er wenigstens ein
lokales oder globales Minimum und Maximum aufweist, kann der Verlauf
einen oder mehrere Wendepunkte aufweisen, in denen die Krümmung sich
verändert.
-
Nach
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit dem vorstehend
erläuterten ersten Aspekt kombiniert sein kann, variiert
ein Krümmungsradius des Umlenkkanals über der
Länge des Umlenkkanals. Der Krümmungsradius kann
dabei beispielsweise durch den Abstand der Verbindungslinie der
Flächenmittelpunkte der Querschnitte des Umlenkkanals,
oder den Abstand seiner radial inneren oder äußeren
Begrenzung zu einem Krümmungsmittelpunkt definiert sein.
Insbesondere kann der Krümmungsradius des Umlenkkanals über
der Länge des Umlenkkanals nichtlinear variieren. Im Gegensatz
zu den bekannten Umlenkkanä len, die mit gleichbleibendem
Krümmungsradius, i. e. als Bogensegmente ausgebildet sind,
kann so die Zuströmung in die Rückführbeschaufelung
hinein optimiert werden.
-
In
einer bevorzugten Ausführung variieren die radial innere
oder äußere Begrenzung des Umlenkkanals wenigstens
bereichsweise unterschiedlich, so dass sich über der Länge
des Umlenkkanals unterschiedlichen Kanalhöhen ergeben.
-
Ein
variierender Krümmungsradius kann ebenfalls beispielsweise
durch eine, vorzugsweise stückweise definierte, Polynomfunktion über
der Länge des Umlenkkanals bzw. dem Umlenkwinkel, beispielsweise
eine Spline-Funktion oder Bezier-Kurve definiert sein. Vorzugsweise
geht der gekrümmte Umlenkkanal stetig, vorzugsweise glatt,
d. h. ein- oder mehrfach stetig differenzierbar, insbesondere ohne
Krümmungssprung, in die angrenzenden Bereiche des Strömungskanals über.
-
Der
Verlauf des vorstehend definierten Krümmungsradius kann
ein oder mehr wenigstens lokale Extrema, d. h. ein oder mehr Minima
und/oder Maxima, aufweisen. Insbesondere, wenn er wenigstens ein
lokales oder globales Minimum und Maximum aufweist, kann der Verlauf
einen oder mehrere Wendepunkte aufweisen, in denen der Krümmungsradius
sich verändert.
-
Nach
einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit dem vorstehend
erläuterten ersten und/oder zweiten Aspekt kombiniert sein
kann, weisen die Rückführschaufeln der 3D-Rückführbeschaufelung
an dem Schaufelfuß eine erste Schaufelwinkelverteilung
und an dem Schaufelkopf eine hiervon verschiedene zweite Schaufelwinkelverteilung
auf.
-
Als
Schaufelwinkelverteilung wird dabei in fachüblicher Weise
der Verlauf des Schaufelwinkels über der meridonalen Länge
der Schaufel, i. e. in Strömungsrichtung des Fluids bezeichnet,
also des Winkels, den eine charakteristische Profillinie der Schaufeln,
insbesondere die Skelett- oder Profilmittellinie, mit einer Tangente
an den Umfang einschließt.
-
Unterschiedliche
Schaufelwinkelverteilungen an Schaufelfuß und -kopf entsprechen
somit unterschiedlichen Schaufelwinkelverläufen in Schaufellängsrichtung
in einem axial vorderen und einem axial hinteren Querschnitt der
Rückführbeschaufelung.
-
Durch
die erfindungsgemäße ungleiche Schaufelwinkelverteilung
an Schaufelkopf und Schaufelfuß wird eine dreidimensionale
Schaufelform erzeugt, die sich in einer Verwindung der Schaufelfläche
ausdrückt. Hierdurch können Inhomogenitäten
in der Strömungswinkelverteilung, die aus der Laufradabströmung
der stromaufwärtigen Stufe und/oder der 180°-Umlenkung
des gekrümmten Umlenkkanals resultieren, verringert oder
ausgeglichen werden, was eine verbesserte Anströmung der stromabwärtigen
Stufe, eine Reduzierung der Strömungsinzidenz und eine
bessere Führung der Strömung ermöglicht.
Dadurch kann vorteilhafterweise der Wirkungsgrades der Radialverdichterstufe
erhöht werden. Gleichermaßen kann aber auch das
Diffusorverhältnis verringert werden, was eine Verringerung
der Baugröße des gesamten Radialverdichters ermöglicht.
-
Vorzugsweise
ist dabei am Eintritt in die Rückführbeschaufelung
ein erster Schaufeleintrittswinkel am Schaufelfuß größer
oder kleiner als ein zweiter Schaufeleintrittswinkel am Schaufelkopf.
Als Schaufeleintrittswinkel wird der Schaufelwinkel am strömungsaufwärtigen
vorderen Bereich der Schaufel bezeichnet, d. h. in dem Bereich,
in dem das Fluid zuerst auf die Schaufel trifft.
-
Besonders
vorteilhafte Verhältnisse in der Strömung ergeben
sich, wenn das Verhältnis des einen von dem ersten und
zweiten Schaufeleintrittswinkels zu dem anderen von dem ersten und
zweiten Schaufeleintrittswinkel größer oder gleich
1,1, bevorzugt größer oder gleich 1,2 und insbesondere
größer oder gleich 1,3 ist, und/oder wenn der
eine von dem ersten und zweiten Schaufeleintrittswinkel um wenigstens
5°, insbesondere um wenigstens 10° größer ist
als der andere von dem ersten und zweiten Schaufeleintrittswinkel.
-
Vorzugsweise
ist ein erster Schaufelaustrittswinkel am Schaufelkopf im Wesentlichen
identisch zu einem zweiten Schaufelaustrittswinkel am Schaufelfuß.
Als Schaufelaustrittswinkel wird der Schaufelwinkel an dem stromabwärtigen
hinteren Bereich der Schaufel bezeichnet, das heißt in
dem Bereich, in dem die Strömung die Schaufel verlässt.
Hierdurch wird vorteilhaft am Schaufelaustritt eine zweidimensionale,
nicht verwundene Schaufel realisiert, was die Anströmung
der stromabwärtigen Verdichterstufe verbessert. Die Schaufelaustrittswinkel
können beispielsweise in einem Bereich zwischen 80° und
100°, insbesondere zwischen 85° und 95° liegen
und betragen in einer bevorzugten Ausführung im Wesentlichen
90°.
-
Durch
die erfindungsgemäß unterschiedlichen Schaufelwinkelverteilungen
in Schaufelfuß und -kopf der Rückführbeschaufelung
können somit unterschiedliche Schaufeleintrittswinkel und
im Wesentlichen gleiche Schaufelaustrittswinkel in Schaufelfuß und
-kopf kombiniert werden, um die Rückführbeschaufelung
den Strömungsverhältnissen, insbesondere ihrer
Anströmung am Schaufeleintritt und ihrer Abströmung
am Schaufelaustritt, optimal anzupassen.
-
Vorzugsweise
ist ein Verhältnis zwischen einer Schaufelwinkeländerung,
i. e. der Differenz zwischen Schaufelaustritts- und Schaufeleintrittswinkel, an
einem von dem Schaufelkopf und dem Schaufelfuß zu einer
Schaufelwinkeländerung an dem anderen von dem Schaufelkopf
und dem Schaufelfuß größer oder gleich
1,1, insbesondere größer oder gleich 1,14.
-
Bevorzugt ändert
sich der erste Schaufelwinkel am Schaufelfuß und/oder der
zweite Schaufelwinkel am Schaufelkopf zwischen Eintritt in die und
Austritt aus der Rückführbeschaufelung monoton,
insbesondere streng monoton. Als monoton zu-/abnehmend wird dabei
eine Schaufelwinkelverteilung beschrieben, bei der der Schaufelwinkel
an einer bestimmten Stelle zwischen Schaufelein- und -austritt stets
größer oder gleich/kleiner oder gleich dem Schaufelwinkel
in jedem gegenüber dieser Stelle stromaufwärts
liegenden Bereich ist, als streng monoton zu-/abnehmend entsprechend
eine Schaufelwinkelverteilung, bei der der Schaufelwinkel an einer bestimmten
Stelle zwischen Schaufelein- und -austritt stets größer/kleiner
ist als der Schaufelwinkel in jedem gegenüber dieser Stelle
stromaufwärts liegenden Bereich. Ein solches Schaufelprofil
kann strömungs- und fertigungstechnisch vorteilhaft sein.
-
Beschreibt
man eine Druck- oder Saugseite oder eine Skelettlinie eines Schaufelfußes
bzw. -kopfes einer Rückführschaufel beispielsweise
in Zylinderkoordinaten durch den Verlauf der axialen Höhe
h und des Winkels β in Umfangsrichtung in Abhängigkeit
vom Radius r, so lässt sich der erste Aspekt insbesondere
durch eine nichtlineare Funktion h = h(r) ≠ a × r
+ b; a, b = const., bzw. ∂h/∂r ≠ a,der
zweite Aspekt entsprechend insbesondere durch R
= R(ρ) ≠ const.,bzw. ∂R/∂ρ ≠ a,mit
dem Krümmungsradius R und dem Umlenkwinkel ρ,
der sich vorzugsweise von etwa 0° bis etwa 180° erstreckt,
und der dritte Aspekt entsprechend durch βSchaufelfuß = βSchaufelfuß(r) ≠ βSchaufelkopf(r)beschreiben, die wenigstens
in Bereichen r ∊ [rSchaufeleintritt,
rSchaufelaustritt] gelten.
-
Die
Rückführschaufeln weisen einen Außendurchmesser
und einen Innendurchmesser auf. Als Innendurchmesser wird dabei
der kleinste Abstand zwischen einer stromabwärtigen Austrittskante
der Schaufel, die bevorzugt parallel zur Längsachse des Radialverdichters
bzw. der Rotationsachse des Laufrades ist, und dieser Längsachse
bezeichnet. Auch die dem Umlenkkanal zugewandte stromaufwärtige Eintrittskante
kann parallel zur Längsachse sein. Alternativ ist auch
eine axial geneigte Eintrittkante, die in der Meridionalansicht
einen Winkel mit der Längsachse einschließt, möglich.
Ein solcher Winkel liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 5° und
65°, um eine optimale Eintrittsströmung in die
Rückführbeschaufelung zu gewährleisten.
Sowohl achsparallele als auch geneigte Eintrittkanten können
in radialer Richtung unterhalb des Umlenkkanals, in dem die Strömung
vorzugsweise um etwa 180° umgelenkt wird, angeordnet sein,
mit dem Austritt aus dem Umlenkkanal abschließen, oder
in radialer Richtung in den Umlenkkanal hineinragen, um hierdurch
die Einströmung in die Rückführbeschaufelung
und die Strömungsumlenkung in dem Umlenkkanal zu optimieren.
Als Außendurchmesser kann entsprechend beispielsweise ein
maximaler, minimaler oder mittlerer Abstand der stromaufwärtigen
Eintrittskante der Schaufel und der Längsachse definiert
sein.
-
Vorzugsweise
ist das Verhältnis zwischen Außendurchmesser und
Innendurchmesser kleiner oder gleich 1,6, insbesondere kleiner oder
gleich 1,55. Denn durch die erfindungsgemäß unterschiedliche
Schaufelwinkelverteilung und die damit verbundene Reduzierung von
Inzidenz- und Sekundärströmungsverlusten kann
der radiale Bauraum des Radialverdichters ohne zu hohe Verluste
realisiert werden.
-
Bevorzugt
sind die Schaufelflächen der Rückführschaufeln
durch sogenannte Regelgeraden darstellbar, so dass kein Bauch oder „bow” in
die Schaufelverwindung eingeführt wird.
-
Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen
und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise
schematisiert:
-
1:
einen Teil eines Radialverdichters nach zwei Ausführungen
der vorliegenden Erfindung im Meridonalschnitt;
-
2:
eine Schaufelwinkelverteilungen einer Rückführschaufel
der Radialverdichters nach 1; und
-
3:
zwei Rückführschaufelquerschnitte zweier Rückführschaufeln
der Radialverdichterr nach 1 am Schaufelfuß und
-kopf.
-
In 1 ist
ausgezogen bzw. strich-doppelpunktiert der Meridonalschnitt einer
Radialverdichterstufe eines mehrstufigen Radialverdichters 1 nach
einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung (ausgezogen)
und einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung
(strich-doppelpunktiert) dargestellt. Dabei ist der Strömungskanal 2 zu
erkennen, der einen Stufeneintritt 3 umfasst, an dem ein
zu verdichtendes Fluid einströmt, welches beispielsweise von
einer nicht dargestellten vorgelagerten weiteren Radialverdichterstufe
heran gefördert wird. Die Strömungsrichtung ist
durch Pfeile angedeutet.
-
In
einer ersten unteren Krümmung des Strömungskanal 2 ist
ein Laufrad 4 angeordnet, welches mehrere Laufschaufeln 5 umfasst.
Das Laufrad 4 ist dabei drehfest mit einer nicht dargestellten
Antriebswelle verbunden und wird von dieser um eine Dreh- bzw. Längsachse
A gedreht. Nach dem Laufrad 4 gelangt das Fluid in einen
Diffusorabschnitt 6, an den sich ein gekrümmter
Umlenkkanal 7 anschließt, der im Wesentlichen
eine 180°-Krümmung vollzieht.
-
Bei
der strich-doppelpunktiert dargestellten Ausführung variiert
der Krümmungsradius R, hier der Abstand der radial äußeren
Begrenzung des Umlenkkanals zu einem festen Krümmungsmittelpunkt M, über
der Länge des Umlenkkanals 7', i. e. mit dem Umlenkwinkel ρ,
der sich von 0° bis 180° erstreckt. Unterschiedlich
hiervon variiert auch der Krümmungsradius der radial inneren
Begrenzung des Umlenkkanals, so dass der Querschnitt des Umlenkkanals 7' ebenfalls über
der Länge des Umlenkkanals 7' variiert. In einer
nicht dargestellten Abwandlung kann der Querschnitt über
der Länge des Umlenkkanals jedoch auch im Wesentlichen
konstant bleiben.
-
Radial
einwärts gerichtet durchfließt das Fluid anschließend
eine Rückführbeschaufelung 8, welche
mehrere Rückführschaufeln 9 umfasst,
die fest mit einem mittels Schraffur schematisch dargestellten Verdichtergehäuse 16 verbunden
oder intergral mit diesem ausgebildet sind.
-
Nach
dem Durchlaufen der Rückführbeschaufelung 8 gelangt
das Fluid nach einer 90° Krümmung zum Stufenaustritt 10 und
von dort in eine weitere nicht dargestellte stromabwärtige
Stufe, die vorzugsweise identisch zu der in 1 gezeigten Stufe
aufgebaut ist. Die gesamte Anordnung ist innerhalb des Verdichtergehäuse 16 gehalten,
welches mehrteilig ausgestaltet sein kann.
-
Es
ist zu erkennen, dass die Rückführschaufeln jeweils
einen axial vorderen Schaufelfuß 11 (links in 1)
aufweisen. Bei der ausgezogen dargestellten Ausführung
ist dieser in axialer Richtung bzw. im Meridonalschnitt nichtlinear,
beispielsweise parabelförmig, gekrümmt, so dass
seine axiale Höhe H über der Länge der
Rückführschaufeln 9 bzw. dem Radius,
d. h. dem Abstand zur Drehachse A, beginnend von einem Minimum am
Schaufeleintritt 13, zunächst bis zum einem Maximum
etwa in der Mitte der Schaufel zu- und anschließend wieder
auf ein weiteres Minimum abnimmt. Der glatte Übergang in
den Umlenkkanal 7 bzw. Stufenaustritt 10 ohne
Sprünge in der Höhe oder ihrer Änderung über
dem Radius bedingen zwei Wendepunkte, in denen sich das Vorzeichen
der Krümmung ändert, und die im Ausführungsbeispiel
mit den Minima am Schaufelein- bzw. -austritt zusammenfallen können.
-
Bei
der anderen, strich-doppelpunktierten Ausführung ist der
Schaufelfuß 11' im Meridonalschnitt betrachtet
senkrecht zur Drehachse A ausgerichtet und ebenfalls an einer Rückseite 15 des
Diffusorabschnitts 6 angeordnet.
-
Ferner
ist zu erkennen, dass die Rückführschaufeln 9 jeweils
einen axial hinteren Schaufelkopf 12 (rechts in 1)
aufweisen. Bei der ausgezogen dargestellten Ausführung
ist dieser in axialer Richtung bzw. im Meridonalschnitt ebenfalls
nichtlinear gekrümmt, so dass seine axiale Höhe
h über der Länge der Rückführschaufeln 9 bzw.
dem Radius, beginnend von einem lokalen Maximum am Schaufeleintritt 13,
zunächst bis zum einem globalen Minimum etwa in der Mitte
der Schaufel ab- und anschließend auf ein globales Maximum
zunimmt. Der glatte Übergang in den Umlenkkanal 7 bzw.
Stufenaustritt 10 ohne Sprünge in der Höhe
oder ihrer Änderung über dem Radius bedingen zwei
Wendepunkte, in denen sich das Vorzeichen der Krümmung ändert,
und die im Ausführungsbeispiel etwa bei 25% und 75% der radialen
Schaufellänge bzw. in der Mitte zwischen Maximum und Minimum
liegen.
-
Bei
der anderen, strich-doppelpunktierten Ausführung verläuft
der Schaufelkopf 12', der dem Schaufelfuß 11 gegenüberliegt,
im Meridonalschnitt betrachtet geradlinig, d. h. ungekrümmt,
und ist gegenüber einer Senkrechten auf die Drehachse A
geneigt, so dass sich eine konische Erweiterung der Rückführbeschaufelung 8 ergibt.
Der Strömungskanal 2 weist im Bereich der Rückführbeschaufelung 8 eine
der Rückführbeschaufelung 8 entsprechende konische
Erweiterung auf.
-
2 zeigt
die für beide Ausführungen übereinstimmende
Schaufelwinkelverteilungen 17 am Schaufelfuß 11 und
Schaufelwinkelverteilung 18 am Schaufelkopf 12 jeweils über
deren Gesamtlänge, ausgehend von einem Schaufeleintritt 13 bis
zu einem Schaufelaustritt 14. Es ist zu erkennen, dass
ein Schaufeleintrittswinkel β1,hub des
Schaufelfußes 11 in etwa 38° beträgt.
Ein Schaufeleintrittswinkel β1,shroud des
Schaufelkopfs 12 beträgt in etwa 28°.
Ausgehend von den jeweiligen Schaufeleintrittswinkel weisen nun
der Schaufelfuß und der Schaufelkopf eine unterschiedliche
Gesamtwinkeländerung Δβhub bzw. Δβshroud auf, wobei Δβhub etwa 56° beträgt, während Δβshroud etwa 66° beträgt.
-
Sowohl
am Schaufelfuß 11 als auch am Schaufelkopf 12 summiert
sich die Verwindung ausgehend vom jeweiligen Schaufeleintrittswinkel
auf etwa 94°. Somit sind die Schaufelaustrittswinkel des Schaufelfußes 11 und
des Schaufelkopfs 12 identisch. Lokal am Schaufelaustritt 14 liegt
somit eine zweidimensionale Schaufelform vor, so dass keine Verwindung
der Schaufelfläche am Schaufelaustritt 14 gegenüber
der Drehachse A vorhanden ist.
-
Das
Verhältnis der Schaufelwinkeländerung Δβshroud/Δβhub beträgt
dabei 1,14. Die Schaufelwinkelverteilungen 17, 18 weisen
dabei über die Länge des Schaufelfußes 11 bzw.
des Schaufelkopfs 12 einen streng monotonen Verlauf auf.
-
3 zeigt
die für beide Ausführungen übereinstimmenden
Querschnitte zweier Rückführschaufeln 9 in
zwei axial voneinander beabstandeten Schnittebenen am Schaufelfuß 11 (Index „.11”)
bzw. Schaufelkopf 12 (Index „.12”), wobei
die Krümmung in axialer Richtung, d. h. aus der Figurenebene
der 3 heraus, nicht erkennbar ist. In dieser Radius-Umfangs-Ansicht
sind der Schaufeleintrittswinkel β1,hub am
Schaufelfuß 11 und der Schaufeleintrittswinkel β1,shroud am Schaufelkopf 12 eingezeichnet.
Man erkennt, dass sich die Schaufelkontur im Kopfquerschnitt 9.12 und
die Schaufelkontur im Fußquerschnitt 9.11, ausgehend
von den unterschiedlichen Schaufeleintrittswinkeln, aufgrund der
unterschiedlichen Schaufelwinkelverteilung über der meridionalen Lauflänge
derart streng monoton ändern, dass die Schaufelaustrittswinkel
am radial inneren Schaufelaustritt 14 gleich sind.
-
In 1 ist
neben den oben erläuterten Ausführungen, in der
die Eintrittskante 13 der Rückführschaufeln 9 parallel
zur Drehachse A ist, gestrichelt eine erste, gegenüber
der ausgezogenen oder strich-doppelpunktierten Ausführung
abgewandelte Ausführung dargestellt, in der die Eintrittskante 13' unter
etwa 45° gegen die Achse A geneigt ist. Als Außendurchmesser
D kann in diesem Fall beispielsweise der minimale Abstand der Eintrittskante 13' von der
Längsachse A definiert sein. Strichpunktiert ist in 1 eine
zweite, gegenüber der ausgezogenen oder strichdoppelpunktierten
Ausführung abgewandelte Ausführung dargestellt,
in der die Eintrittskante 13'' parallel zur Drehachse A
ist, im Gegensatz zur oben erläuterten Ausführung
jedoch radial in den Umlenkkanal 7 hineinragt.
-
- 1
- Radialverdichter
- 2
- Strömungskanal
- 3
- Stufeneintritt
- 4
- Laufrad
- 5
- Laufschaufel
- 6
- Diffusorabschnitt
- 7
- Umlenkkanal
- 7'
- Umlenkkanal
- 8
- Rückführbeschaufelung
- 9
- Rückführschaufel
- 9.11
- Rückführschaufelkontur
im Schaufelfuß
- 9.12
- Rückführschaufelkontur
im Schaufelkopf
- 10
- Stufenaustritt
- 11
- Schaufelfuß
- 11'
- Schaufelfuß
- 12
- Schaufelkopf
- 12'
- Schaufelkopf
- 13;
13'; 13''
- Schaufeleintrittskante
- 14
- Schaufelaustrittskante
- 15
- Rückseite
- 16
- Gehäuse
- M
- Krümmungsmittelpunkt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4234739
C1 [0002]
- - DE 19654840 A1 [0002]
- - DE 3430307 A1 [0002]
- - DE 19554840 A1 [0002]
- - DE 19502808 C2 [0004]