DE1528762A1

DE1528762A1 - Mehrstufige Zentrifugalpumpe bzw. -kompressor

Info

Publication number: DE1528762A1
Application number: DE19631528762
Authority: DE
Inventors: Mcmahan Kenton Dent
Original assignee: MCMAHAN KENTON DENT
Current assignee: MCMAHAN KENTON DENT
Priority date: 1962-02-27
Filing date: 1963-02-14
Publication date: 1970-05-06
Also published as: GB1024584A; US3171353A; DE1528762B2

Description

Die Erfindung betrifft Zentrifugalgebläse, -kompressoren, -pumpen und dgl» und stellt eine Verbesserung hinsichtlich, der Vorrichtungen gemäß der USA-Patentschrift 2 868 440 dar«

üine bekannte Ausführungsform eines mehrstufigen Zentrifugalgebläses, -!compressors, —pumpe und dgl. zum Handhaben von FLuiden weist eine Heihe von stufenweise auf einer gemeinsamen Welle angeordneten Schaufelrädern auf, wobei jede Stufe einen axialen Saugeinlauf bzw. Ansaugöffnung und einen spiralförmigen Umfangsauslass aufweist, welcher die in ihm gesammelten und durch ihn hindurchgepressten G-ase in Drehbewegung versetzt* Alle Stufen, mit Ausnahme der letzten, sind mit Kanälen versehen, die vom Auslass der Spiralkammer einer Stufe zum axialen Saugeinlass bzw. -öffnung der folgenden Stufe führen·

In der"USA-Patentschrift 2 868 440 wurde offenbart, daß, zwei von der Auatritbsseite eines Schaufelrads einer

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vorangehenden Stufe erzeugte iluidumstrahlen gleicher Größe (d.h. Stahlgeschwindigkeitx Hasse) in entgegengesetzte Richtungen radial einwärts und längs einer radialen Mittelebene in Ausrichtung miteinander und in einer zentrierten Anordnung über der Achse der Öffnung in Ilichtung auf die Saugöffnung geleitet werden, ein praktisch ausgeglichenes Auftreffen der beiden Strahlen bewirkt wird, vrenn sie in der IJähe der Saugöffnung aufeinanderstoßen, und bei-ihrer Vereinigung zu einem einzigen Strahl eine praktisch gleichrnäiSige Axialablenkung beider Strahlen in die Saugöffnung hinein erreicht wird. Durch Erzeugung von von jedem Schaufelradaustritt ausgehenden, diametral entgegengerichteten Strahlen gleicher Größe können die Umlaufgeschwindigkeits-Komponenten, Turbulenzen, unerwünschten Beschleunigungen, Wirbelströmungen sowie Uhterdruckbe— reiche im Strömungsfluß zwischen dem Auslaß einer Spiralkammer einer Stufe und dem Einlaß bzw· -Einlauf einer folgenden Stufe, welche zu sogenannten "Zwischenstufen-Verlusten" führen und folglich eine bedeutende Verminderung der Gesamtleistung und des Wirkungsgrads der mehrstufigen Zentrifugalvorrichtung verursachen, wesentlich herabgesetzt werden.

Demgemäß beschäftigt sich, die Erfindung in erster Linie mit der Schaffung einer neuen und verbesserten Mehrstufen-Zentrifugalvorrichtung zum Pumpen von IPlüiden, die'· derart ausgebildet ist, daß sie die Zwischenstuf-en—Ve-rluste weiter

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zu verringern und die Gesamtleistung sowie den Wirkungsrad zu vergrößern vermag./

Erfindungs^emäß wurde festgestellt, daß die aus den Auslassen der Spiralkammern austretenden Radialströme "bzw. strahlen zwecks Unterdrückung der Drehbewegungs-Komponenten, der !turbulenzen, der unerwünschten Beschleunigungen, der Yiirbelströmungen und der in den Strahlen vorhandenen Unterdruckbereiche nicht diametral entgegengerichtet zu sein brauchen, sondern daß diese den Wirkungsgrad der Zentrifugalvorrichtung beeinträchtigenden Faktoren wesentlich herabgesetzt werden können, wenn die Größe der Radialstrahlen und der Abstand zwischenihnen derart bemessen wird, daß die Resultierende des Radialstrahl-Impulses (Strahlgeschwindigkeit χ MasS^e) an einer Seite einer beliebig ausgewählten, durch die Achse des Saugeinlaufs verlaufenden Radialebene praktisch gleich der Resultierenden des Radiaistrahl-Impulses an der anderen Seite der Ebene ist und in praktisch radialer Ausrichtung mit dieser steht. Gemäß diesem Grundgedanken gewährleistet selbst eine ungerade Zahl von auf richtige Abstände verteilten Radialstrahlkanälen den gewünschten Strahlauseleich zwecks Herabsetzung von Zwischenstufen-Verlusten»

'Erfindungsgemäß wurde weiterhin festgestellt, daß, wenn ein Strahl von einer Umfangs-Spiralkammer einer Stufe radial einwärts durch einen herkömmlichen Krümmungsabschnitt

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sowie durch einen Radiakanal in Richtung auf die Aahse des Einlaufe der nächsten Stufe geleitet wird» dieser Strahl danach trachtet, sich an der äußeren Biegung des Krümmungsabschnitts und von der inneren Biegung hinweg anzusammeln, so daß die Resultierende des Strahlimpulses von der richtungsmäßigen bzw. mechanischen Mittellinie des radialen Strahlkanals in Richtung auf die äußere Biegung versetzt liegt und sich außerdem die Sichtung des Strahlstroms über einen geringeren Winkel krümmt, als dies erforderlich ist, um den Strahl parallel zur mechanischen Mittellinie auszurichten, wodurch der Strahl beim Eintreten in den Einlauf der nächsten Stuf.e eine in die Drehrichtung des Schaufelrads dieser nächsten Stufe gerichtete Srehbewegungskomponen« te erhält«

Demgegenüber betrifft ein ancfees Srfindungsziel die Schaffung einer neuen und verbesserten Zentrifugalvorrichtung zum Komprimieren von Gasen oder Dämpfen bzw. anderweitigen Pumpen von fluiden_r welche die Tendenz des Strahls auszugleichen vermag, sich an der äußeren Biegung des Krümmungsabschnitts und von der inneren Biegung hinweg anzusammeln, wenn er von einer Umfarigs-Spiralkammer der einen Stufe durch den Krümmungsabschnitt radial einwärts in Eiehtung auf die Einlaufachse der nächsten Stufe geleitet bzw» umgelenkt wird· ■'--."■. - - - -

Zum Erreichen des letztgenannten Erfindungsziels besitzt die äußere Biegung des KrümDjungsabschnitts zwischen dem

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Auslaß der Umfangs-Spiralkammer und dem radialen Strahlkanal eine stärker abgewinkelte Biegung, als dies erforderlich wäre, um das Gas vom Hingkammerauslaß zum Radialkanal umzulenken, wobei diese Biegung im folgenden als "übermäßig gebogene¹* bzw, als "überzogene Biegung" bezeichnet werden wird.Durch diesen überzogenen Krümmungsabschnitt wird ein einzelner Radialstrahl mit nahezu gleichförmiger Geschwindigkeit, Masse und Stromungsriichtung in diesem Abschnitt hervorgebracht, dessen Impulsresultierende nahezu mit der mechanischen Mittellinie des Strahlkanals übereinstimmt» Aus diesem Grund tritt der Sadialstrahl einer Stufe mit nur geringer oder gar keiner Drehbewegungskomponente in den Einlauf der nächsten Stufe ein*

Erfindungsgemäß hat es sich darüberhinaus gezeigt, daß in einem Strahlkanal, der vom Auslaß einer Ümfangs-Spiralkammer zu einem einwärts in Richtung auf den Mittelpunkt des • Einlaufe umgelegten Strahlkanal führt, vorgesehene Begrenzungswände Reibung verursachen und Wirbelströmungen wowie Turbulenzen erzeugen, welche zu leistungsverlusten führen.

Zur Beseitigung dieser Schwierigkeit befasst sich noch öin anderes Erfindungsziel mit der Schaffung einer neuartigen und verbesserten Zentrifugalvorrichtung, bei welcher Grenzschicht-Wirbelströinungen und Turbulenzen in den vom Auslaß der Umfangs-Spiralkammer zum Einlauf dea Schaufelrade der nächsten Stufe strömenden Strahlen weeentlioh vermindert werden»
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sind

Eu diesem Zweck/die in Uinfangsrichtung" im Abstand voneinander enfernten Grenzflächen des Strahlkanals quer zu den axial gerichteten Grenzflächen frei von Begrenzungswänden. Dieses Merkmal besitzt den Vorzug der fehlenden Wandreibung, einer Reduzierung der durch diese Wände verursachten Wirbelströmungen sowie der Herabsetzung des ü-ewichts und der Herstellungskosten für die Vorrichtung.

irotz des Fehlens von JBegrenzungswänden in den Strahlkanälen einer Stufe weisen die Strahlen noch immer gewisse Wirbel strömungen und l'urbulenzen auf. Durch das V/eglassen dieser Begrenzungswände an den in Umfangsrichtung voneinander entfernten Seiten jedes Strahlltanals und quer zu den axial gerichteten Seiten des Kanals wird jedoch ein nicht durch Wände behindertes Zusammenwirken der sich vereinigenden Strahlen bewirkt, wenn diese in den Einlauf der nächsten Stufe einströmen, woraus sich ein praktisch gleichmäßiger, wirbelfreier Axialstrom der vereinigten Strahlen durch den Einlauf ergibt.

Ein weiteres Erfindungsziel besteht in der Schaffung neuer und verbesserter Zentrifugal-'Stufeneinheiten, die mit nur geringen Änderungen des Druckverhältnisses und des Wirkungsgrads über einen großen Durehsatzmengenbereioh zu arbeiten vermögen, so daß eine größere Anzahl von identischenEinheiten in Seih® angeordnet verwendet warden kann_f/durch

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der Verwendungsbereich der Vorrichtung erweitert» der I»agerbestand von verschiedenen Größen und Einzelteilen sowie die Kosten für die Herstellungswe%zeuge und. für- die Herstellung selbst herabgesetzt werden*

Noch ein weiteres Erfindungsziel ist es, eine neue und verbesserte Zentrifugal-Fluiduiapuaipenvorrichtung der vorstehend genannten- allgemeinen Art zu schaffen» die so ausgebildet ist, daß eine beliebige Anzahl derartiger Vorrichtungen in Reihe miteinander verbunden werden können.

Um das letztgenannte Erfindungsziel verwirklichen zu können, weist das Auslassende der Umfangs-Spiralkammer der letzten Stufe einen zu einem radialen Strahlkanal mit einem Axialauslaß führenden überzogenen Biegungsabschnitt auf. Hierdurch können zwei oder mehr Vorrichtungen dieser Art in Reihe miteinander verbunden werden, so daß zwischen den einzelnen Vorrichtungen dasselbe Kompressions schema fortgeführt werden kann, wie es durch den Mehrstufenbetrieb einer einzigen Vorrichtung hervorgebracht wird·

Zahlreiche andere Ziele_r Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigexu-

1?ig. 1 eine aufgeschnittene Seitenansicht einer form eines Mehrstufengebläsee mit den Merkmalen der

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der Erfindung, das für Jede Stufe fünf gleich große und auf gleiche Abstände verteilte Radialstrahlen aufweist, welche in den Krümmungsabschnitten an den Spiralkammerauslässen jeder Stufe mit überzogenen Biegungen versehen sind,

Pig. 2 einen Querschnitt längs der ^inie 2-2 in Fig. 1., Pig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in fig. 1,

Fig. 4 einen in Umfangsrichtung verlaufenden Querschnitt durch das Gebläse längs der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig* 5 einen !eil dee Querschnitts gemäß Fig. 3 in vergrößertem Maßstab und in Verbindung mit Vektordiagrammen,

Pig. 6 einen Teilquerschnitt durch ein fünf Strömungsstrahlen aufweisendes Mehrstufengebläse ₉ wobei jedoch anstelle der überzogenen Biegungen in den Krümmungsabschnitten der Spiralkammer^auslässe jeder Stufe Schaufeln vorgesehen sind, um das Impulsmoment über den Krümmungsabschnitt jeder Düse von der inneren zur äußeren Biegung'hin auszugleichen,

Fig. 7 eine aufgeschnittene Stirnseitenansiciit des Mehrstufengebläsea gemäß fig. 1, auswelcher dasMerkmal der überzogenen Biegungen an den Spiralkammeraus!aasen der letzten Gteblässstufe und der Axialauslaß des

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Gebläses ersichtlich sind, mit dessen Hilfe zwei derartige Gebläse in Reihe hintereinander angeordnet werden können,.

Fig. 8 eine aufgeschnittene Seitenansicht, welche die Reihenverbindung zwischen zwei Gebläsen der Art, gemäß Fig. 7 veranschaulicht,

Fig. 9 eine aufgeschnittene Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Mehrstufengebläses mit den Merkmalen der Erfindung, aus der eine Konstruktion ersichtlich ist, bei welcher die radialen Strahlkanäle an allen Seiten einsohließliöliihrer axialen Grenzflächen wandlos ausgebildet sind,

Fig. 10 einen G?eil^uersehnitt durch ein vier Strömungsstrahlen aufweisendes, erfindungsgemäßes Mehrstufengebläse mit an den Auslaß-Krünraungsenden der ITiafangB-Spiralkaiiimern vorgesehenen überzogenen BiegUEtgen»

Pig. 11 einen !De il querschnitt durch ein. drei Strömungs strahlen aufweisendes Mehrstufengebläse mit den Merkmalen der Erfindung, welches an den Aualaß-KrUmmungsenden der Umfangs-Spiralkammern mit überzogenen Biegungen versehen ist, wobei das Gebläse aufgrund des großen Winkels zwischen den einzelnen Düsen nahe dem Einlauf Jieitschaufeln zum Ableiten des Fluidumstroms aufweist,

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Fig. 12 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Mehrstufengebläse mit an den Auslaß-Krümmungsenden der Umfangs-Spiralkammern vorgesehenen überzogenen Biegungen, bei welchem jede Stufe sechs auf ungleiche Abstände verteilte radiale Strahlkanäle mit unterschiedlichem Querschnitt aufweist und wobei diese Querschnitte sowie die Abstände zwischen den Strahlkanälen derart bemessen sind, daß die an einer Seite einer beliebig ausgewählten, durch die Achse des Saugeinlaufs verlaufenden Radialebene vorhandene Resultierende des Radiälstrahlimpulses praktisch genau so groß ist wie die Resultierende des Radialstrahlimpulses an der anderen Seite der libene und praktisch in Radialrichtung auf diese Resultierende ausgerichtet ist, und

Fig. 13 ein Vektordiagramm für die Konstruktion gemäß Fig.

Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Mehrstufen-Zentrifugalvorrichtung 10 dient insbesondere zur Kompression von Gasen oder Dämpfen und ist- als dreistufiges Gebläse ausgebildet, obgleich die erfindungsgemäße Vorrichtung zwecks Gewährleistung eines beliebigen gewünschten Äbgabedrucks jede beliebige Anzahl von Stufen aufweisen und auch zum Pumpen von Flüssigkeiten verwendet werden kann. ])as Gebläse 10 wird durch einen mit Hilfe von Stiftschrauben 17 befestigten Motor 11 angetrieben, der eine in Lagern 18

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gelagerte Welle 12 aufweist« Das Gebläse 10 weist ein Gehäuse 13 auf,-welches axial von der Motorwelle 12 durchsetzt wird und in welchem drei Stufen von mit der Welle verkeilten bzw. anderweitig verbundenen Schaufelrädern vorgesehen sind. Ein mit der kotorwelle 12 verbundenes Lüfterrad 1 5 .bläst zwecks Kühlung des Motors 11 Luft über dessen Körper und insbesondere durch nicht dargestellte, verrippte Durchgänge, welche daraufhin in einen offenen Zwischenraum 16 abgegeben wird, von wo aus sie zur Einlaßseite des Lüfters zurückgelangt.

Das Gebläse 10 besteht aus mehreren praktisch kreisförmigen, scheibenartigen Gliedern, die jeweils an einem anderen derartigen Bauteil befestigt sind, und weist ein am Einlaufende vorgesehenes Schaufelradgehäuseglied 20 für die erste Stufe, dazwischenliegende Schaufelradgehäuseglieder 21 , Zwischenstufenteile 22 zum Ableiten des Gases von der Auslaßseite des Schaufelrads einer Stufe zum * axialen Saugeihlauf des Schaufelrads der nächsten Stufe, ein bis auf den mit Gewindebohrungen zur Aufnahme der Stiftschrauben 17 versehenen Ktotor-Stirndeckelflansch 19 und geringfügige Änderungen der Spiralkammerauslässe zwecks Abänderung ihrer radialen Binwärtsriehtung in Axialrichtung dem Glied 22 ähnliches Zwischenstuf en- 'JPrägerglied 22a sowie einen stirnseitigen Spiralkammer-Auslaßring 23 für die letzte Stufe auf. Sämtliche öcheibenförmigen Bauteile 20, 21 und 22 sind mit Hilfe von Stiftschrauben 25mit ihren

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Stirnflächen aneinander liegend in einer Heine hintereinan-r der am Glied 22a befestigt. Auf ähnliche Weise sind der Stirnring 23 sowie eine kombinierte Gasauslaß- und Motor-Lüfter-Gehäuseanordnung 24 mit Hilfe von Stiftschrauben 25a miteinander verbunden und vervollständigen die mehrstufige Zentrifugal-Gaskompressorvorrichtung 10.

Das Schaufelradgehäuseglied 20 der ersten Stufe weist eine zentrale Einlauföffnung 26 auf, durch welche die zu verdichtende Ansaugluft bzw. -gas dem mit einer Anzahl von in Ümfangsrichtung auf Abstände verteilten Schaufeln 28 versehenen ersten Schaufelrad 14 zugeführt wird. Die Schaufeln 28 sind hinsichtlich ihrer Drehrichtung an den vorderen Flächen konkav ausgebildet und am Außenumfang bzw, ihren Auslaßenden im allgemeinen nach vorn gekrümmt, während ihre Einlassabschnitte 29 nach außen und vorn geneigt sind, um den Fluidumstrom von der Einlauföffnung 26 wirksam und ohne Strömungsstörungen aufzunehmen. Um das Schaufelrad 14 herum ist ein Radialdiffusor 30 für die erste Stufe vorgesehen, der dazu dient, die Geschwindigkeit in Druck umzuwandeln, und um welchen herum eine Anzahl von einander ähnlichen, am Umfang liegenden Evolventen-Auslaßspiralen 31 vorgesehen sind, von denen fünf auf gleiobsAbstände verteilte Spiralen dargestellt sind. Diese Auslaßspiralen dienen dazu, die vom Diffusor kommende Luft zu sammeln und sie aufgrund ihrer Drehbewegung zwecks Abgabe an die nächste Kompressorstufe durch diesen Bereich hindurchzudrängen.

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G-emäß den Zeichnungen besitzt das Gehäuse 13 praktisch kreisförmigen Querschnitt und folgen die Auslaßspiralen 31 gewissermaßen der Kreisform des Gehäuses und enden in an dessen Innenseite auf gleiche Abstände verteilten Auslas^ sen 32. Die Spiralen 31 besitzen jeweils eine sich in Richtung auf ihren Auslaß 32 erweiternde Querschnittsform und dienen auf diese Weise nicht nur als Auslaßleitungen, sondern auch als Diffusoren zur Umwandlung der Geschwindigkeit des Fluidums in Druck.

Am Auslaß 32 jeder Spirale 31 einer Stufe ist ein Krümmungsabschnitt 33 vorgesehen, mit dessen Hilfe das Gas vom Auslaß in Porm eines Strahls radial einwärts durch einen Kadialkanal 34 zum Saugeinlauf 35 der nächsten Stufe geleitet wird.

Obgleich in den j?ig. 2» 3 und 5 Querschnitte fiuroh die erste Kompressorstufe dargestellt sind, ist es zu beachten^ daß alle anderen Kompressorstufen ähnliche Konstruktion besitzen, soweit dies nicht anders vermerkt ist.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß ein Ausgleich des Aufprallimpulsea der Hadlalstrahlen in einer Stufe eines Zentrifugal-Gaakoiapresßors der allgemeinen beschriebenen Art zwecks Herabsetzung von 2wischenstufenverlusten aufgrund der DrehgesohwindigkeitsScomponenten, der (Turbulenzen, der unerwünschten Besclileunigungen, der V/

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und der Uhterdruckbereiche im Stromfluß zwischen dem Auslaß einer Spirale der einen· Stufe und dem Einlauf der folgenden Stufe erreicht werden kann, ohne daß eine paarweise Ausrichtung der Radialstrahlen erforderlich wäre, wobei die Strahlen jedes Paars einander diametral gegenüberliegen, solange nur die. Resultierende des Hadialstrahlimpulses an einer Seite einer beliebig ausgewählten, durch die Achse des Saugeinlaufs verlaufenden Radialebene praktisch, der Resultierenden des Radialstrahlimpulses an der anderen Seite der genannten Ebene entspricht und praktisch in radialer Ausrichtung mit. dieser Resultierenden steht* Gemäß diesem Grundprinzip kann für jede Stufe eine ungerade Anzahl von Strahlen verwendet werden, die derart im Abstand voneinander angeordnet und im Querschnitt derart bemessen sind, daß ein zur Verringerung von Zwischen&tufenverlusten führender ausgeglichener Aufprallimpuls erzielt wird. Bei der speziellen Ausführungsform gemäß den Pig» 1 bis 5 weist jede Stufe fünf auf gleiche Abstände verteilte und gleiche Querschnittsfläche besitzende Radialstrahlkanäle 34 auf· Aufgrund dieser Anzahl von Radialkanälen 34 sowie deren Abstand voneinander wird an beiden Seiten einer beliebig gewählten, durch die Achse des Ansaugeinlaufs 35 verlaufenden Radialebene ein ausgeglichener Aufprallimpuls erreicht. Hierdurch werden die Drehgesehwindigkeitskomponenten der in den Einlauf eintretenden Ströme wesentlich verringert, wird die Bildung von Wirbelströmungen und Unterdruckbev in diesen Strömen unterdrückt und werden andere

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Stabilisierungsbedingungen hervorgebracht, so daß eine Stromlinienbewegung bzw» —strömung aufrechterhalten wird, welche-ein gleichmäßiges Einströmen des Fluidums in den axialen Ansaugeinlauf und demzufolge eine Verringerung der Zwischenstufen—LeistungsVerluste zur Folge hat»

Bs wurde weiterhin ermittelt, daß der Strahl, wenn er von einer Umfangespirale einer Stufe über einen Krümmungsabschnitt radial einwärts in Richtung auf die Einlaufachse der nächsten Stufe umgelenkt wird, sich aufgrund der Fliehkraftwirkung an der äußeren Biegung des Krümmungsabschnitts und von der inneren Biegung hinweg anzusammeln bzw. zu konzentrieren trachtet, so daß der resultierende Strahlimpuls, d.h. Strahlgeschwindigkeit χ Masse, der richtungsmäßigen Mittellinie des radialen Strahlkanals und der Achse des Einlauf s gegenüber versetzt ist, wodurch der Strahl beim Eintreten in den Einlauf der nächsten Stufe eine Drehbewegung» komponente erhält. Wenn die Resultierenden der Impulse aller Strahlen jeder- Stufe derart versetzt liegen bzw. verlagert sind, wirbelt der in und durch den axialen Einlauf der nächsten Stufe strömende, vereinigte Strahl unter dem Einfluß aller durch diese verlagerten Resultierenden erzeugten Impulsmomente um die Einlauf achse herum, wodurch Zwischenstufen-Leistungsverluste erzeugt werden. Bei der Konstruktion gemäß den Pig. 1 bis 5 wird dieser nachteilige Zustand praktisch dadurch beseitigt, daß jeder Krtimmungsabschnitt eine derartige Form erhält, daß der Impuls der Bestandteile

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bzw· Abschnitte jedes Strahl über den sich in den Radialkanal 34 hineinkrümmenden Krümmungsabschnitt von dessen innerer zur dessen äußerer Biegung praktisch gleichmäßig verläuft« Zu diesem Zweck verläuft die an der Stromaufseite des Krümmungsabschnitts 33 gelegene innere Biegung 36, von welcher die Strömung beim Durchströmen des Krümmungsabschnitts abzureißen trachtet, über einen Winkelbereich, der eben ausreicht, den Strahl in ausreichendem Maß von der Spirale 31 radial einwärts in den Radialkanal 34 zu leiten. Die an der Stromabseite des Krümmungsabschnitts gelegene äußere Biegung 37 weist jedoch eine überzogene Biegung auf, d.h. sie verläuft über einen größeren Winkelbereich, als dies erforderlich wäre, um den Strahl radial einwärts umzulenken. Beispielsweise verläuft bei der dargestellten, speziellen Ausführungsform der Erfindung die Außenbiegung 37 über einen Winkelbereich von etwa 150°, während sich die an der Stromaufseite des Krümmungsabschnitts 33 liejnde innere Biegung 36 nur Über einen Winkel von etwa 9o° zu erstrecken braucht, um den .Strahl in Radialrichtung einwärts umzulenken. Aufgrund dieser überzogenen Biegung wird die Tendenz des Strahl ausgeglichen, sich an der an der Stromauf sei te dee KrümmungBabechnitts 33 gelegenen äußeren Biegung 37 anzusammeln bzw» zu konzentrieren, wodurch der resultierende Impuls des in den Kanal 34 eintretenden Strahls nahezu mit der Mittellinie dieses Kanals übereinstimmt und durch die Achse des Einlaufe 35 verläuft»

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Es hat sich gezeigt, daß sich der genaue Austritts-

winkel der inneren Biegung 36 je nach der speziellen Konstruktion und der Größe der QuerSchnittsverringerung im Erummungsabschnitt 33 etwas ändern kann. Das Konstruktionskriterium liegt im maximalen Biegungswinkel, welchem der Strahl zu folgen vermag, oder welcher den am gleichmäßigsten verlaufenden. Strahl bei geringster Querschnittsflächen reduzierung des Krümmungsabschnitts ergibt· Der Winkel sowie das Ausmaß der Richtungsänderung der äußeren Biegung steuern den Winkel des resultierenden Impulses des Strahls in Richtung auf die Achse. Zur weiteren Unterstützung der ■Verringerung der Tendenz des Strahls, sich an der äußeren Biegung zu konzentrieren und von der inneren Biegung des JECrümmungsabschnittB abzureißen, ist die Strftmungs-Quersehnittsflache daher längs einer im rechten Winkel zum Innenumfang der Spirale 31 liegenden Ebene a* (Sig. 3) am Eintritt zum Krümmungsabschnitt 33 und nahe der inneren Biegung 36 gegenüber derjenigen am Einlassende des Radialkanals 34 wesentlich verkleinert· Eb wurde festgestellt, daß diese Querschnittsverringerung für ^ede Art eines keine Leitsehaufein aufweisenden Krümmungsabschnitts zur Erzielung einer gleichmäßigen Geschwindigkeit an diesem Punkt mindestens 15# betragen muß· Außerdem ist diese verhältnismäßig geringe ELächenverringerung nur bei sdohen Krümmungsabsohnitten möglioh, bei denen die Seitenbreite des parallel zur Sohaufelradaoh.se liegenden Zugangs bedeutend größer ist als die Seitenbreite des Auslasskanals 34* Bei

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der speziellen Ausführungsform der Erfindung beträgt diese ]?1 ächenverringerung etwa 26$, während die Zugä%sbreite parallel zur Schaufelradachse etwa das 2,5-fache des Auslasskanals 34 beträgt·

Bin anderes Hilfsmittel zur Verhinderung eines Strömungsabrisses von der inneren Biegung 36 ist ein am stromauf liegenden Abschnitt dieser Biegung vorgesehener Vorsprung 38» der durch eine geringfügige Vertiefung am Einlassende dieser Biegung gebildet wird und dazu dient, den Strahl im Zugangsbereich vom unmittelbaren Bereich der Biegung hinweg abzulenken, wobei sich der Strahl um den Vorsprung herum und über diesem sowie über die abgerundete Kanten aufweisenden BinlaufSeiten 39 in die Seiten des Kanals 34 hinein ansammelt _t wodurch der tatsächliche und der wirksame Hadius der inneren Biegung 36 vergrößert wird.

In der Vektordiagramme ffilr die Strahlimpulse der einzelnen Kompressorstufen dargestellenden Eig. 5» Bind die ßeaultierenden der Badialstrahlimpulse in den jeweiligen Kanälen 34 durch die ausgezogenen Linien J^ - JV angedeutet. Jeder durch die entepreohende Hesultantenlinie J₁ J₀ J^, J. bzw. Je dargestellte Hadialstrahl besitzt eine Größe, die definidionsgemäß gleich dem Empule (Strahlgeschwindigkeit χ Masse) des aus der entsprechenden Jtuslaßspirale 31 austretenden gesamten Pluidumstroms ist. Aus den Diagrammen gemäß ffig. ist ee ersichtlich, daß der Terlauf der Resultierenden J₁

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nach dem Verlassen des Krünmungsabschnitts genau auf die Aelise A der Vorrichtung ausgerichtet ist, jedoch um einen. Winkel a, welcher bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung etwa 2° beträgt, geringfügig gegenüber der mechanischen Radial-Mittellinie B des Radialkanals 34 .verlagert ist. Wie erwähnt, trachten sich die Größen der Strahl bestandteile j und j_v von der Stromabseite zur Stromauf-

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seite des Krümmungsabschnitts 33 hin zu vergrößern. Die überzogene Biegung 37 verhindert jedoch weitgehend diesen Effekt, so daß die Momente jedes Strahlteils j und j um die Haupt-Strahlachse herum genau aufeinander abgeglichen sind. Dieses Verhältnis läßt sich mathematisch durclidie Gleichung

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mit j_ = f(x) und j__ = f(y) ausdrücken. Dieser mathematische Ausdruck gibt an, daß der Hauptstrahl beim Umlenken in Richtung auf die Ach.se A der Vorrichtung keinerlei Drehbewegungskomponente aufweist·

Ein weiteres Merkmal der in den Fig. 1 bis 5 dargestelltea Ausführungsform der Erfindung liegt darin» daß die radialen Strahlkanäle 34 jeder Stufe frei von BegrenzugswSnden an

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den in Umfangsrichtung im Abstand voneinander entfernten Seiten 45 der Strahlen bis zum Einlauf 35 der nächsten Stufe sind» Durch das Fehlen dieser Begrenzungswände werden Grenzschicht-Reibungswiderstände vermieden, wird die Bildung von normalerweise durch derartige Wände eingeleiteten Wirbelströmungen verringert und werden das Gewicht und die Herstellungskosten der Vorrichtung gesenkt. Das Fehlen von Begrenzungswänden an den Stellen, an welchen die sich vereinigenden Radialstrahlen in der Hähe des Einlaufe 35 der nächsten Stufe zusammenströmen, dient außerdem auch dazu, alle Wirbelströmungen, welche sich an den Grenzschichten der Strahlen gebildet haben können und von diesen getragen wurden, aus dem Strahl herauszudrücken und zu beseitigen, und gewährleistet, daß sich die zusammenlaufenden Strahlen derart vereinigen, daß ein praktisch wirbelfreier Axialfluß zum und durch den Einlauf hervorgebracht wird.

In den Vektordiagrammen gemäß Fig. 5 ist die Wirkung der durch Wände unbehinderten Vereinigung der zusammenlaufenden Hadialstrahlen in der Nähe des Einlaufe 35 dargestellt» Aus dieser Figur geht hervor, daß der als ein durch die Resultierende J| seines Impulsmoments dargestellter Strahl aus dem Krümmungeabschnitt 33 austretende Fluidumstrom aufgrund des Fehlens von Begrenzungswändea an seinen in umfangsrichtung im Abstand voneinander entfernten Seiten

sich an jeder Seite

/geringfügig um den Winkel b verbreitert, welcher bei der

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dargestellten Aus fiihrungs form der Erfindung etwa 3° be-• trägt, und dabei durch die Kreispfeile β_χ und β angedeutete Grenzschicht- und Wandwirbel erzeugt* Diese Wirbelströmungen werden durch das Hindurehströmen, dee Strahls durch, die Auslaßspirale 31 und den Krümmungsabsclinitt 33 hervorgebracht· Der Strahl J.. schließt außerdem auch eine geringe Fluidummenge aus den freien Ruhszonen 46 zwischen den einzelnen Strahlen in sich ein».

Bevor der Strahl sein Segment des Schaufelradeinlaufs 35 erreicht, trifft ein an einer Seite des Strahls J- liegender Grenzschichtabschnitt, dessen Impulsmoment durch den Vektor 3 angedeutet ist, auf den an der angrenzenden Seite des Strahls J^ vorhandenen Grenzschichtabschnitt des Strahls Jp ^au^_f dessen Impulsmoment durch den Vektor j bezeichnet ist, wobei der Auftreffwinkel zwischen diesen Grenzschiehtabsehnitten kleiner ist als 90°· Gleichermassen trifft an der anderen Seite des Strahls J₁ ein Grenzschichtabschnitt desselben mit einem durch den Vektor 1_ bezeichneten Impulsmoment an der benachbarten Seite des Strahls J_c auf einen Grenzschichtabschnitt mit einem dem Vektor j ■- entsprechenden Vektor auf» Das elementare Strahl impulsmoment j kann in eiae Hadialkomponente 3 _r und in eine Eangentiaikömponent® lyftf zerleg·^ stenso kann da» elementare Strahlimpiilsmoment ^_im in eine Radialkomponentft tmd■-in eine 'fangentialkomponente J_33n^ zerlegt werden.

Da das elementare Japulsmoiaant j ^. an einer Seite des

Strahls J. dem Moment J_353n+ unmittelbar entgegengerichtet ist und da das Moment 3 . etwas größer ist als das Impulsmoinent

sich die beiden Strahlen J. und J₂ längs der gekrümmten Bahn P. Ein ähnlicher Zustand ist auch an der anderen Seite des Strahls J... vorhanden. Das Zusammenwirkender nicht durch Begrenzungswände behinderten Grenzschichten benachbarter Strahlen hat nicht nur zur Folge, daß der Grenzschichtstrom radial einwärts geleitet wird, sondern verursacht außerdem aufgrund der einander entgegengerichteten Kräfte an diesen Grenzschichten ein Gegeneinanderpressen der Wirbelströmungen- e und e . Da sich die Wirbel e entgegen dem Uhrzeigersinn und die Wirbel e im Uhrzeigersinn drehen, werden diese sich entgegengesetzt drehenden Wirbelströmungen -unterdrückt und beseitigt, wodurch die Zwischenstufen-Leistungsverluste vermindert werden. Ein anderes Erfordernis für die wirksame Unterdrückung der Wirbelströmungen ist eine weitere, fortlaufende zunehmende kleine Verringerung des Ströraungsquerschnitts jedes Strahls vom Auslass des Krümmungeabschnitts 33 zu einem unmittelbar außerhalb des Einlaufe 35 der nächsten Stufe längs eines sich über den Winkelbereich © gemäß. Fig. 3 erstreckenden Zylindersegments. Zur no Gh weiteren Unterdrückung von V/irbelströmungen ist eine weitere, fortlaufend zunehmende Querschnittsverringerung zwischen dem Strömungsbereich unmittelbar ausserhalb des Einlaufs der nächsten Stufe längs eines vom Winkel θ 'Ubers-Jtennte.il Zyliiidersegments (Fig. 5) und dem gesamten S'trömung8CLuersohnltt".deB Einlaufs 35 in der durch die Strahlen imtart©Ht®n₈ im rechten - - -

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Winkel- zur Schaufelradachse liegenden Ebene von Vorteil. Bei der dargestellten AusführungsfoMii der Erfindung beträgt die kombinierte Keduzierung des Strömungsquersehnitts zwischen dem Querschnitt des Krümmungsabschnitts 33 und dem entsprechenden Teil der genannten Gesamt—Einlauffläche etwa 25$.

Die beschriebene Giranz Schichtwirkung der Badialstrahlen hat zur Folge, daß jeder Strahl das Einlaufsegment θ = 36Ö°/n ausfüllt, worin η die Anzahl der Badialstrahlen Jeder Kompressorstufe bedeutet. Im Fall der Ausführungsform der Erfindung gemäß den Fig. 1 bia 5 erstreckt sich somit das von Jedem Strahl eingenommene Einlaufsegment θ über einen Winkel von 7'2°_e

Neben den bereits erwähnten Hauptmerkmalen besitzt die Vorrichtung gemäß den Fig* 1 bis 5 noch andere, zusätzliche Merkmale, die dazu beitragen, einen mehrstufigen Gaskompressor leichter, billiger und gedrängter Konstruktion mit hoher spezifischer Leistung und Wirksamkeit herstellen zu können· Eines dieser zusätzlichen Merkmale liegt in der fortlaufenden Zunahme der Axialbreite der Auslaßspiralen 31 vom Auslaß des Radialdiffusors 30 zum Beginn der überzogenen äusseren Biegungen 37 gemäß den Fig. 1 und 4. Ungeachtet der Tatsache, daß sich die Axialbreite des ^rümmungsäbsöhnitts 33 von seinem Zugang bzw. Einlassende bis zu seinem Auslassende am Eintritt in den Radialkanal 34 fortlaufend ver-

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ringert, und ztvär bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung etwa im Verhältnis 1:2,5 ist die Axialbreite des ^rümmungsabschnitts 33 an seinem Auslassende nahe dem

/als Einlaß zunKanal 34 wesentlich größer/die Axialbreite des Radialdiffusors 30, und zwar in diesem Pail etwa im Verhältnis von 2,5 s 1·

Bei der speziell dargestellten. Ausführungsform der Erfindung beträgt diese Vergrößerung der Axialbreite der Auslaßspiralen 31 vom Auslaßende des Radialdiffusors 30 bis zum Beginn der überzogenen äußeren Biegungen 37 etwa 1;6, wodurch eine große axiale Zugangsbreite zum Krümmungsabschnitt 33 gewährleistet und somit der Wirkungsgrad und die Wirksamkeit der überzogenen äußeren Biegung 37 bei der Verringerung der KLuidumstrahlansammlung an der äußeren Biegung erhöht werden und ein gleichmäßigerer Austritt des Strahls über seinen Strömungsquerschnitt in den Kanal 34 ermöglicht wird. Außerdem gestattet diese Vergrößerung der Axialbreite der Auslaßspir-alen 31 eine Verringerung des Gesamtdurchmessera des Kompressors«.

Darüberhinaus ist zu beachten, daß die Spiralen 31 der aufeinander folgenden Stufen durch einfache Druckbegrenzungswände voneinander getrennt sind, wodurch die Konstruktion vereinfacht und Gewicht sowie Herstellungskosten herabgesetzt werden*

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Ein-weiteres Konstruktionsmerkmal stellt der Eadialdiffusor zwischen dem Schaufelradaustritt und dem Einlaß zu den Spiralen 31 dar»,

In fig*- 6 ist eine der Konstruktion gemäß den, Fig· 1 bis ähnliche Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die jedoch am Austrittsende der Spiralkammer keinen Krümmuiigsabschnitt mit einer an deren Stromabende liegenden überzogenen Biegung aufweist, welche dazu dient, das Ansammeln des durch den Krümmungsabschnitt strömenden.Strahls an. der an der Stromabseite dieses Abschnitts liegenden äußeren Biegung zu verringern und hierdurch das Impulsmoment der Strahlbestandteile über den Krümmungsabschnitt in ausreichendem Ausmaß auszugleichen, um die Resultierende des Impulsmoments des Eadialstrahls nahezu in Übereinstimmung mit dessen mechanischer Mittellinie zu bringen. Statt dessen ist die Konstruktion, gemäß Sig* 6 im Krümmungsabschnitt mit Le it schaufeln versehen, die einem ähnlichen Zweck dienen, wenn auch nicht gleicl&iaßen wirkungsvoll·

Bei der ISonstruktioii gemäß Mg* 6 geht die Auslaßapirale 31a in einen Krtmmungsabschnitt 33a über _f der das von der Spirale kommende Gas über einen Badialkanal 34a radial einwärts in liohtung auf den Ansauge inlauf 35a der nächsten Stufe leitet. Der Krümmungsabschnitt 33a weist an der Stromaufseite eine inner· Biegung 36a und wi der Stromabseite eine äußere Biegung 37a auf* äie "beide nur so weit

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herumgebogen sind, wie dies zum radial einwärts erfolgenden Umlenken des StrÖmungsStrahls von der Äuslaßspirale 31a durch den radialen Stra'hlkanai.-34a erforderlich ist. Zwischen den Biegungen 36a und 37a sind jedoch im Krümmungsabschftitt 33a zwei im gleichen Abstand von diesen Biegungen und voneinander entfernte LeItschaufeln 50 vorgesehen, welche den IPluidumstrom aufgrund ihrer Krümmung gletchmässig von der Auslaßspirale 31a zum radialen Strahlkanal 34a umzulenken vermögen. Diese Leitschaufeln 50 dienen dazu, den Strahl über seine Breite in einzelne Segmente aufzuteilen und auf diese Weise ein Ansammeln des Strahls mit seiner Gesamtbreite an der äußeren Biegung 37a zu verhindern. Hierdurch wird die Resultierende des Eadialstrahl-Iinpulsmoments besser in Übereinstimmung mit der mechanischen Mittellinie des radialen Strahlkanals.gebracht, so daß auf diese Weise die Bildung einer Drehbewegungskomponente im Strahl herabgesetzt wird, aufgrund welcher der Strahl anderenfalls danach trachten würde, beim Eintritt und Durchströmen des Einlaufe 35a· um dessen Achse herum zu wirbeln.

Die Leitsohaufelkonstruktion gemäß Pig. 6 kann zwar in vorteilhafter Weise angewandt werden, ist jedoch nicht so günstig wie die überzogene Biegung im Spiralauslaß-Krümmungsabschnitt gemäß den fig. 1 bis 5, da sie teuerer ist. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß für die Leitschaufeln besondere Gießverfahren und/oder maschinelle Endbearbeitungen erforderlich sind, der Kompressor hierdurch

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schwerer wird, Leistungsverluste aufgrund von Reibung und der Mldimg von Wirbelströmungen und Turbulenzen, welche von der Wirkung der über die Schaufeln 50 hinwegstreichen-* den Strömung herrühren, erzeugt werden und diese Anordnung die [Resultierende des Strahlimpulsmoments nicht gleichermaßen wirksam dem radialen Strahlkanal gegenüber zu zentrieren vermag.

Bis auf die beschriebenen Unterschiede entspricht die -Konstruktion-gemäß Pig. 6 vollständig derjenigen gemäß den Pig. 1 bis 5.

In den Fig. 7 mid 8 ist eine Mehrstufen-Kompressoreinheit dargestellt, bei welcher das Auslassende so ausgebildet ist, daß zwei derartige Einheiten an ihren Stirnseiten in einer Reihe miteinander verbunden werden können. Die Kompressoreinheiten gemäß den Fig. 7 und 8 entsprechen der Ausführungsform gemäß den Mg. 1 bis 5, Fig. 7 zeigt eine Stirnseitenandicht der letzten Stufe der Kompressoreinheit gemäß Fig. 1, während Fig. 8 zwei zusammengeschlossene Einheiten veranschaulicht.

Bei der Konstruktion gemäß den Fig. 1,4, 7 und 8 weist die letzte Kompressorstufe den Auslaßspiralen 31 der anderen Stufen ähnliche Auslaßspiralen 31b sowie einen an jedem Auslaßende dieser Spiralen vorgesehenen Krümmungsabschnitt 33fc auf, welcher dem KrümmungsabsGhnitt 33 der

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vorangehenden Stufen ähnlich ist, nur mit der Ausnahme, daß der Krümmungsabschnitt 53*> derart umgelenkt ist» daß er den aus der Spiralkammer 31b austretenden Strahl in eine praktisch parallel zur Achse der Kompressoreinheit liegende Richtung ablenkt. Aus diesem Grund weist jeder Krümmungsabschnitt 33b an seiner Stromaufseite eine nur so stark gekrümmte innere Biegung 36b auf, daß der Fluidumstrom in eine praktisch parallel zur Achse des Kompressors 10 liegende Richtung abgelenkt wird, und ist gemäß Pig. 4 mit einem einem ähnlichen Zweck wie der Vorsprung 38 dienenden Vorsprung 38b sowie einer an der Stromabseite vorgesehenen äußeren Biegung 37b versehen, welche ebenso wie die Biegung 37 so weit über einen verlängerten Winkelbereieh herumgezogen ist, daß die Resultierende des Moments des aus dem Krümmungsabschnitt Austretenden Strahls praktisch in Übereinstimmung mit der mechanischen Mittellinie des hinter dem Krüramungsabschnitt liegenden Strahlkanals gebracht wird. Ähnlich wie der Krümmungs ab schnitt 33 weiset auch der Abschnitt 33b über seine länge eine Verringerung des Strömungsquerschnitts auf, während die Zugangsbreite der Spiralkammer 31b in dieser parallel zur Achse des Kompressors 10 liegenden Richtung am Einlaß des Krümmungsabschnitts 33b etwas größer ist als die Breite einer am Auslaß des Krümmungsabschnitts 33b vorgesehenen Leitung 51 in einer im rechten Winkel zu der genannten Achse stehenden Ebene. • - -. - . - - - — - J

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Am Auslaßende jedes Krümmungsabschnitts 33b der letzten Kompressorstufe besitzt die Leitung 51 praktisch länglichen,: rechteckigen Innenq.uer schnitt, der praktisch dem Querschnitt derBadialkanäle 34 der vorangehenden Stufen entspricht^ Die Leitung 51 weist außerdem einen sich praktisch parallel zur Achse des Kompressors und längs des Motpr-Lüfter-G-ehäuses 24 erstreckenden Abschnitt 52 sowie einen in Radialrichtung einwärts in einen ringförmigen Axialauslaß 54 auslaufenden Abschnitt 53 auf. Zwischen den Leitungsabschnitten 52 und 53 liegt ein verhältnismäßig flacher Krümmmgs ab schnitt 55 mit großem Krümmungsradius. Bekanntlich besitzt ein derartiger Krümmungsabschnitt bzw-. Kniestück nur ein Mindestmaß an Leistungsverlusten und kann'ersichtlicherweise eine Tendenz der Strömung, sich an der Stromabseite bzw. äußeren Biegung des Knies anzusammeln, den Impulsmomentausgleich der sich im Auslaß 54 vereinigenden Strahlen nicht beeinträchtigen· Daher vereinigen sich die duroh die Leitungen 51 strömenden Strahlen im Auslaß 54 mit nur einem Mindestmaß an Wirbeln, Turbulenzen und Drehbewegungskomponenten, so daß Wirksamkeitsund Leistungsverluste beim Ableiten des komprimierten Gases von der letzten Stufe einer Kompressoreinheit zur ersten Stufe einer anderen Einheit wesentlich verringert werden.

Am Motor-Lüfter-Gehäuse 24 einer Kompreesoreinheit sind mehrere in ümfangerichtung auf Abstände verteilte und

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materialeinheitlich mit dem Rahmen dieses Gehäuses ausgebilkste Ansätze 57 vorgesehen, während das Einlaßende des Schaufelradgehäuses 20 des anderen Kompressors nicht dargestellte Mittel zur abnehmbaren Anbringung von Stiftschrauben 58 aufweist, welche diese Ansätze sowie einen zum endweisen Verbinden der Einheiten verwendeten Zwischenring durchsetzen. Das Lüftergehäuse 24 ist mit Hilfe der vorher im Zusammenhang mit der Konstruktion gemäß den lig. t bis beschriebenen Stiftschrauben 25a sowie mit Hilfe der Stiftschrauben 60 gemäß den Fig* 1, 7 und 8, welche die Enden der Leitungen 51 mit dem Ende der Spiralauslaßkammer 25 der letzten Stufe verbinden* mit den übirigen Bauteilen der Kompressoreinheit einschließlich! den scheibenar/fcigen Gliedern 20, 21, 22, 22a, und 23 verbunden.

Wenn die beiden Kbmpressoreinheiteii gemäß Fig. 8 miteinander verbunden sind, wird der komprimierte Gasstrom vom Auslaß 54 äes einen Kompressors unmittelbar in die axiale EinlaufÖffnung 26 des anderen Kompressors eingeleitet, um in letzterem auf die nrorbesehriebene Weise durch die aufeinanderfolgenden Stufen weiter komprimiert zu werden.

Wie erwähnt, eind die radialem Strahlkanäle 34 an den in Umf anger ichtirag im Abstand voneinander entf ernten. Seitin 45 dieser Kanäle frei von Begrenzungswänden» Im Fell der Kbnetruktion gemäß Hg^, 9 sind nicht nur die in ümfangs-

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richtung im Abstand voneinander entfernten Seiten 45c der radialen Strahlkanäle 34c nicht mit Begrenzungewänden versehen, sondern weisen aüoh die axial gerichteten Seiten·* wände 63 und 64» welche eich quer zur Kompressorachse erstrecken und die Diffusoren 30a von den radialen Strahlkanälen 34c trennen, Vertiefungen 65 bzw· 66 auf, welche eine wandlose Ausbildung jedes Kanals 34c an seinen axial gerichteten Seiten 67 und 68 gestatten, wodurch eine Senkung des Gewichts und der Herstellungskosten des Kompressors ermöglicht wird» Die Vertiefungen 65 und 66 bilden an ihren Unterseiten lippen 71 bzw. 72 mit scharf abgewinkelten Kanten 73 und 74, von welchen sich bildende Wirbelströmungen abgefangen, auf die durchschnittliche Strahlgeschwindigkeit verlangsamt und vom Strahl getrennt werden. Ba die Vertiefungen 65 und 66 Wirbelkammern bilden, baut sich der in diesen Vertiefungen und in den verbindenden Ruhezonen vorhandene statische Druck selbsttätig auf einen Wert auf, wie er eur Beschleunigung gegebenenfalls vorhandenen Ruhefluidume auf Strahlgeschwindigkeit erforderlich ist» .

In Fig. 10 1st eine der Ausführungsform der Erfindung gemäß den fig» 1 bis 5 ähnliche Konstruktion dargestellt, die jedoch anstelle von fünf auf gleiche Abstände verteilten Radialkanälen gleicher Größe für jede Stufe nur vier ftir jede !Compress orstufe vorgesehene, auf gleiche Abstände

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verteilte Badial*StxahlkanäIi 34d aufweist. Aufgrund dieser Anordnung liegen die Strahlen jeweils paarweise einander diametrftl gegenüber, um einen Ausgleich der resultierenden Impulsmomente an beiden Seiten einer durch den Durchmesser verlaufenden Axialebene des Kompressors zu erreichen. In jeder anderen Hi&eicht ist die Konstruktion gemäß Fig· derjenigen geüfcfl den Fig. 1 bis 5 gleich und weist ebenfalls in den JCirtimmungsabschnltten 33d die überzogenen äusseren Biegungen 37d am Auslaßende der Spiralkammern 31 d sowie die wandfreien Grenzflächen an den in Umfangsrichtung im Abstand voneinander entfernten Seiten 45d der Strahlkanäle 34d auf.

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Die Konstruktion/gemäß den Fig. 1 bis 5 bzw. gemäß Fig. sollen erläutern, daß die Merkmale der Erfindung auf einen Kompressor mit jeder beliebigen, geraden oder ungeraden Anzahl von Strahlen innerhalb praktischer Begrenzungen, welche durch die Größe, die Eigenschaften und die Erfordernisse des Kompressors festgelegt werden, angewandt werden können.

Bei den Konstruktionen gemäß den Fig. 1 bis 10 wirken die Hmdialstrahlen jeder Stufe nahe dem Bereich des Einlaufe zur nächsten Schaufelradstufe ohne das Vorhandensein von Wänden zusammen und gewährleisten hierbei eine praktisch gleichmäßig· und wirbelfreie glatte Strömung der sich

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vereinigenden Strahlen in den Einlauf. ITm ein glattes Zusammenströmen-der Strahlen an den Bereichen,· an welchen die Strahlen anfänglich aufeinander treffen, zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, daß der Winkel zwischen den aneinanderstoßenden Grenzschichten "benachbarter Strahlen, welcher dem Aufprallwinkel der Strahlen, entspricht, nicht größer ist als 90°» Aus diesem Grund sollte das Merkmal des wandfreien Zusammenwirkensder Radialstrahlen nahe dem Einlaufbereieh vorzugsweise nicht bei einer Kompressorstufe mit weniger als vier radialen Strahlkanälen angewandt werden* Falls weniger als vier radiale Strahlkanäle in einer Stufe verwendet werden, ist es vorteilhaft, zwecks Verringerung des Strahl—Beaufschlagungswinkels an den Schnittpunkten der benachbarten Radialkanäle dieser Stufe an diesen P unkten Leitschaufeln vorzusehen.

In I?ig. 11 ist eine Kompressoreinheit mit drei an jeder Stufe vorgesehenen, in Umfangsrichtung auf gleiche. Abstände verteilten radialen Strahlkanälen gleicher Größe dargestellt. Die Konstruktion gemäß Fig. 11 entspricht mit Ausnahme der Anzahl der radialen Strahlkanäle und des Yorhandenseins von Leitschaufeln 80 an den Schnittpunkten der Grenzschichten der Strahlkanäle 34e, wo die benachbarten Strahlen zusammenlaufen, derjenigen der Konstruktion; gemäß den Fig. 1 bis 5» Die Leitschaufeln 80 sind jeweils am Schnittpunkt der Grenzflächen benachbarter Radialstrahlen

... 34

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bzw. Kanäle 54β angeordnet und weisen je zwei konkave Ablenkflächen 81 auf, die stromlinienförmig und fortschreitend von der Übereinstimmung"-mit den benachbarten Grenzflächen der aneinander angrenzenden Strahlkanäle 3>4e in Richtung auf eine radiale und axiale Ebene des Einlaufs konvergieren»

In fig. 12 ist eine der Konstruktion gemäß den Big. 1 bis ähnliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kompressoreinheit dargestellt, die jedoch eine gerade Anzahl von beispielsweise seehs Strahlkanälen 3>4f mit unterschiedlichen Größen aufweist, welche in Umfangsrichtung auf ungleichmäßige Abstande verteilt sind, so daß an keiner Stelle zwei durch diese Kanäle strömende Strahlen einander diametral gegenüberliegen· Ungeachtet dieser Ausbildung sind die Resultierenden der Impulsmomente aller Radialstrahlen einer Stufe bei der Konstruktion gemäß Mg, 12 an einer Seite einer beliebig ausgewählten, durch die Achse des Ansaugeinlaufs verlaufenden Ebene praktisch gleicl der Resultierenden des Impulsmoments der Radialstrahlen an der anderen Seite dieser Ebene und stehen praktisch in radialer Ausrichtung mit dieser Resultierenden. Um jedoch eine» derartigen Ausgleich der Strahl-Impulsmomente bei einer Kompressoreinheit mit gerader Anzahl von auf die erwähnte Weise angeordneten Strahlen zu erreichen, ist ds erforderlich, daß die Strahlen in zwei Gruppen aufgeteilt werden, wobei die Strahlen jeder Gruppe den Ausgleich des

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2Ja|»ulstt0men1;s an beiden Seiten einer durch dl« Äöhif dta AnaaügeinlaufB verlaufenden JSfeen· aufrec

13 ist ein Vektordiagrama für die

te der seGhs Strahlen aufweisenden Konstruktion gemäß 12. In diesem Diagramm gemäß fig« 13 sind die Resultierenden der Impuismomente der verschiedenen Strahlen durch die Radialvektoren J₁,S^t****** Jg angedeutet, während die Strahlen in Jig· 12 durch entsprechende an die Mitte der Impulsmomente der Strahlen darstellenden linien vorgesehene Kennzeichnungen bezeichnet Bind. Bei dieser Konstruktion wurde gemäß I*ig. 13 eine im rechten Winkel zum Vektor J» liegende Radialebene D ausgewählt.

Die kombinierten Impulsmomentkräfte an beiden Seiten der Ebene D ergeben sich durch Summierung der Komponenten des Normalvektoren auf dieser Ebene. Zur Erzielung eines vollkommenen Ausgleichs der Strahlen muß die Summe aller im rechten Viinkel zur EbenejD liegenden Strahlenkräfte an jeder Seite dieser Ebene und für jede Winkelstellung derselben gleich groß sein. Außerdem muß die Summe aller Tangentialkräfte zur Ebene D unter Berücksichtigung ihrer Richtung in allen Winkellagen dieser Ebene gleich Null sein. IHir die dargestellte Lage der Ebene gelten daher die Bedingungen '

J_2n +J₃ +J_4n + J_6n +J_1n

und

^J2!T ⁺ ° ~ ^J4T " ^J5T " ^J6T ^{+ J}1T ^β.°·.

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TJm gemäß dieser Formel einen Ausgleich der Strahl-Impulsmomente au erreichen, müssen J.., J, und J₁- bzw. J₂» ^ und Jg jeweils gleich groß sein und gleichen Abstand voneinander besitzen. Zwecks Ausgleichs kann die Winkel vertei lung zwischen den einzelnen Strahlen wie folgt vorgenommen werden«

S₁ = 48° O₂ =72°

- 48° == 72°

O₆ =72°

Von den beschriebenen, unterschiedlichen Konstruktionen können allgemeine Regeln für die Erzielung eines Ausgleichs der Impulemomente der Strahlen jeder Stufe abgeleitet werden, nämlich

a) Strahlen gleicher Größe müssen auch gleiche Abstände voneinander besitzen,

b) Es kann jede beliebige Anzahl von Strahlen (zwei oder mehr) gleicher Größe angewandt werden,

c) Eineungerade Anzahl von Strahlen muß gleiche Größen und Abstände aufweisen.

d) Strahlen ungleicher Größe müssen in Gruppen angeordnet sein, wobei jede Gruppe aus Strahlen gleicher Größe und mit gleichen Abständen besteht.

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Bei allen beschriebenen Ausfülirungsformen der Erfindung ist der zwischen dem Auslaß des Schaufelrads und den Einlassen der Auslaß-Spiralkammern, vorgesehene Diffusor, der in Fig. 1 bei 30 angedeutet ist, ohne Leitsohaufeln dargestellt, doeh kann dieser Diffusor^ soweit sich dies auf gewisse Merkmale der Erfindung bezieht, auch mit Leitsehauf ein versehen werden.

Obgleich alle Kompressorstufen jeweils gleich ausgebildet dargestellt wurden und sich ein Erfindungsziel mit der Schaffung einer verbesserten mehrstufigen Vorrichtung beschäftigt, welche in der angegebenen Weise ausgebildet sein kann, ist es zu beachten, daß sich der erweiterte Grundgedanke der Erfindung gleichermaßen auf Mehrstufenvorrichtungen mit hoher Leistung und hohem Druckverhältnis, wie sie beispielsweise bei modernen G-asturbinen-Triebwerken verwendet werden, bzw. mit niedriger Leistung und hohem Druckverhältnis anwenden läßt, wie d.ies beispielsweise für Kompressoren von Kühlgeräten erforderlich ist. Bei der dargestellten, speziellen Ausführungsform der Erfindung vermag jede Stufe der Vorrichtung in einem Duroh:- satzbereieh von etwa 2:1 und mit Druckverhältnissen im Bereich von etwa 1,1 ft bzw. 1*2*1- pro Stufe zu arbeiten, wobei sich geringe Abweichungen in Druck und Wirkungsgrad ergeben. Bei Verwendung des Boohgesehwindigkeit-Kompressors gemäß der ITSA-^atentedhrift 2 453 524 bzw» der Sotorkonetruktion gemäß dear UBA-?atentsehrift 2 392 858 und bei

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Durchführung gewisser Einstellungen zur Berücksichtigung der Kompressibilität kann eine erfindungsgemäße Kompressor-Stufeneinheit derart ausgebildet werden, daß sie bei Druckverhältnissen von mehr als 3*1 pro Stufe ebenso gut zu arbeiten vermag» In diesem Fall müßte jedoch jede folgende Stufe notwendigerweise eine andere Größe und eine andere Leistung besitzen, lalls zwei derartige Vorrichtungen in Reihe hintereinandergeschaltet werden sollen, wäre ebenfalls ein ähnlicher Größenausgleich erforderlich. Aus diesem Grund kann die Kompressorvorrichtung hinsichtlich gewisser Merkmale der Erfindung von der ersten bis zur letzten Stufe eine Größenreduzierung erfahren, um einen Ausgleich für die Kompressibilität von Gasen bei erhöhten Druckverhältnissen zu gewährleisten.

Sämtliche Ausführungsformen de» Erfindung wurden im Zusammenhang mit einer mehrstufigen Zentrifugalvorrichtung beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung, soweit sich dies auf bestimmte Merkmale derselben bezieht, auch auf eine einstufige Vorrichtung angewandt werden kann, welche als Einstufenvorrichtung Verwendung finden soll» Bine derartige einstufige Vorrichtung weist vorteilhafterweise Mittel zum Anschließen an eine ähnliche Einstufenvorrlchtung oder eine Mehrstufenvorrichtung auf,

einigt mit der sie zu einem mehrstufigen Kompressor verlüKgMX werden kann, um deesen Stufenanzahl zu vergrößern· Bei« spieleweiee könne» die beiden soheibenartigen Zwischen«

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Sehaufelradgehäuseglieder21 sowie, die'.beiden scheibenartigen Zwischenstufenglieder 22 der Konstruktion gemäß Eig.1 entfernt und kann das stirnseitige Sohaufelradgehäuaeglied 20 in Flächenberührung mit dem Zwischenstufen-Trägerglied 22a verbunden werden, so daß eine einstufige Gebläseeinheit mit einem Antriebsmotor gebildet wird. Eine derartige Vorrichtung kann als Einstufenvorrichtung betrieben oder gemäß Eig. 8 mit einer oder mehreren dieser einstufigen Vorrichtungen bzw. mit einer !lehretufenvorrichtung verbunden werden, so daß eine mehrstufige Vorrichtung mit einer größeren Anzahl von Stufen gebildet wird, als dies bei einer einzigen derartigen Vorrichtung möglich ist. Wahlweise können auch gemäß Fig. 1 ein oder mehrere scheibenartige Schaufelradgehäuseglieder 21 sowie ein oder mehrere Zwisehenstufenglieder 22 zwischen die Glieder 20 und 22a eingefügt werden, um die Zahl der Stufen der Vorrichtung zu erhöhen. Ersichtlicherweise besitzt der erfindungsgemäße Kompressor somit eine große Verwendungsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit, wodurch ein großer Anwendungsbereich der Erfindung sichergestellt wird.

Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, soll sie ersichtlicherweise nicht auf diese beschränkt sein, sondern alle innerhalb des erweiterten Schutzumfangs liegenden Änderungen mit einschließen·.

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Claims

Patentansprüche.

1·} Zentrifugalpumpe mit einem Schaufelrad, einem längs ihrer Achse verlaufenden Einlauf für das Schaufelrad und einem längs der Pumpenachse verlaufenden Auslaß sowie mit Mitteln zur Unterteilung des Schaufelradaustrags in eine Anzahl von Strahlen und zur Ableitung der Strahlen in Hichtung auf den Auslaß, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel eine Anzahl von an der Auslaßseite des Schaufelrads vorgesehenen Spiralkammern sind, an den Auslaßenden der Spiralkammern Krümmungsabschnitte und zwischen diesen sowie dem Auslaß Kanäle vorgesehen sind, jeder Erümmungsabschnitt eine innere und eine äußere Biegung aufweist und die äußere Biegung über einen größeren Winkelbereich herumgezogen ist, ale dies erforderlich wäre, um den Strahl von der enspreehenden Spiralkammer längs des entsprechenden Kanals umzulenken, wodurch ein Ansammeln des Strahls von der inneren Biegung hinweg an der äußeren Biegung herabgesetzt wird, während der Strahl den Krümmungsafcsehnitt durchströmt, so daß die Drehbewegungskomponente des Strahls verringert wird.

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2» Pumpe nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet.,, daß Jede innere Biegung nahe ihrem Anfangsende mit einem Vorsprung versehen ist» der sich in eine quer zur Strömungsrichtung durch den jeweiligen Krüimungsabschnitt verlaufende Sichtung erstreckt»

3· Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrstufenpumpe mit zwei aufeinanderfolgenden Einheiten ist, das Schaufelrad der vorangehenden Stufe zugeordnet ist, der Auslaß dieser Stufe den Einlauf der folgenden Stufe darstellt und die Mittel zur Unterteilung des Schaufelradaustrags der vorangehenden Stufe in eine Anzahl von Strahlen diese Strahlen radial einwärts in Sichtung .auf den Einlauf der folgenden Stufe umlenken,

4. Pumpe nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Radialstrahlen und der Abstand zwischen diesen derart bemessen sini _t daß die Resultierende des Radialstrahl-Impulsmomente arjeiner Seite einer beliebig ausgewählten» durch die Achse der Vorrichtung verlaufenden Ebene praktisch der Resultierenden des Radialstrahl-Impulsmoments an der anderen Seite dieser Ebene entspricht und praktisch in radialer Ausrichtung mit dieser Resultierenden steht«

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5» Zentrifugalpumpe mit einem Schaufelrad, einem axialen Einlauf für dieses, einem axialen Auslaß und Mitteln zur Unterteilung des Schaufelradäustfags in mehr als zwei in ümfaijg srichtung im Abstand voneinander entfernte Strahlaiifc sowie zur umlenkung dieser Strahlen radial einwärts in Richtung auf den Auslaß, dadurch gekennzeichnet, daß "-Mittel zur Steuerung der Impulsmoment.verteilung jedes Strahls vorgesehen sind, welche die Resultierende des Strahl-Impulsmoments praktisch durch die Achse des Auslaßes und nahe der mechanischen Radial-Mittellinie des Strahlft verlaufen lassen, mindestens ein Strahl außerhalb radialer Ausrichtung auf einen der anderen Strahlen steht und die Größen der

Strahlen sowie der .

Abstand zwischen ihnen derart bemessen sind, daß die Resultierende des Radialstrahl—Impulsmoments an einer Seite einer beliebig ausgewählten, durch die Achse der Torrichtung verlaufenden Ebene praktisch der Resultierenden des Radiais trahl-Impulsmoments an der anderen Seite dieser Ebene entspricht und praktisch in radialer Ausrichtung mit dieser Resultierenden, steht.

6» Mehrstufige Zentrifugalpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß Bie zwei aufeinanderfolgend*Stufeneinheiten mit zwei aufeinanderfolgenden, koaxialen Schaufelrädern, einen Einlauf für die vorangehende Stufe, einen axialer

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Saugeinlauf für die folgende Stufe, eine Auslaßeinrichtung für den Austrag von der zweiten Stufe sowie Mittel zur Unterteilung des Schaufelradauetrage der ersten Stufe in eine Anzahl von Strahlen und mir Umlenkung der Strahlen radial einwärts in Richtung auf den Ansaugeinlauf aufweist, die ünterteilungB- und Umlenkmittel eine Anzahl von Spiralkammern, eine der Spiralkammeranzahl ensprechende Anzahl von Radialkanälen und die Ausläßenden der Spiralkammern mit den Einlaßenden der Badialkanäle verbindende KrÜmmungsal)-schnitt« aufweisen und jeder Radialkanal zwischen dem Krümmungsabschnitt und einem nahe dem Ansaugeinlauf gelegenen Bereich im Abstand voneinander entfernte, .wandfreie G-renzf lachen aufweist.

Zentrifugalpumpe mit einem Schaufelrad, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen axialen Einlauf für das Schaufelrad und einen axialen Auslaß aufweist, Mittel zur Unterteilung des Sohaufelradaustrags in eine Anzahl von Strahlen und zur Umlenkung dieser Strahlen radial einwärts in Richtung auf den Auslaß sowie Mittel zur Verbindung der Vorrichtung mit einer ähnlichen Zentrifugalpumpe vorgesehen sind und der Auslaß der ersten Vorrichtung den axialen Einlauf der zweitgenannten Pumpenvorrichtung speist und mit letzterer zusammen eine Mehrstufenputapenanordnuigbildet.

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8* Ivfehrstufige Zentrifugalpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei aufeinanderfolgende Stufeneinheiten mit zwei aufeinanderfolgenden, koaxialen Schaufelrädern, einen Einlauf für die vorangehende Stufe, einen axialen Saugeinlauf für die folgende Stufe, eine Auslasseinrichtung für den Austrag von der zweiten Stufe sowie Mittel zur Unterteilung des Schaufelradaustrags der ersten Stufe in mehrere, in Umfangsrichtung im Abstand voneinander entfernte Strahlen und zur Umlenkung der Strahlen radial einwärts in Richtung auf den Einlauf aufweist, diese Mittel eine Anzahl von Spiralkammern und deren Auslassenden mit den Einlassenden der Radialkanäle verbindende Krümmungsabschnitte aufweisen und die jedem Strahl zugeordneten Strömungsquerschnitte sich zwecks Unterdrückung von in den Strahlen erzeugten Wirbelströmungen fortlaufend vom Querschnitt am Auslassende des entsprechenden Krümmungsabschnitte bis zu dem unmittelbar außerhalb des Einlauf s liegenden Strahlende verringern,

9* Mehrstufige Zentrifugalpumpe, dadurch gekannzeichnet, daß sie zwei aufeinanderfolgende Stufeneinheiten mit zwei aufeinanderfolgenden, koaxialen Schaufelrädern, einen Einlauf für die vorangehende Stufe, einen axialen Saugeinlauf für die folgende Stufe, eine Auslasseinrichtung für den Austrag von der zweiten Stufe sowie Mittel zur Unterteilung des Schaufelradaustrags

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der ersten Stufe in mehrere* in Umfangsrichtung im Abstand voneinander entfernte Strahlen und zur Umlenkung der Strahlen radial einwärts in Richtung auf den Einlauf aufweist, diese Mittel eine Anzahl von Spiralkammern, eine deren Anzahl entsprechende Anzahl von auf den Einlauf gerichteten Radialkanälen sowie die Auslassenden der Spiralkammern mit den Einlassenden der Radialkanäle verbindende Krümmungsabschnitte aufweisen,, die zweitgenannte Stufeneinheit an der Auslaßseite ihres Schaufelrads Spiralkammern aufweist und die Spiralkammern der aufeinanderfolgenden Stufen durch einfache Druckbegrenzungswände voneinander getrennt sind.

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