DE2043480A1 - Axial flow machine for elastic flow media - Google Patents
Axial flow machine for elastic flow mediaInfo
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- DE2043480A1 DE2043480A1 DE19702043480 DE2043480A DE2043480A1 DE 2043480 A1 DE2043480 A1 DE 2043480A1 DE 19702043480 DE19702043480 DE 19702043480 DE 2043480 A DE2043480 A DE 2043480A DE 2043480 A1 DE2043480 A1 DE 2043480A1
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Description
Dipl. ing. B. HOLZEBDipl. Ing. B. HOLZEB
S ί> A IT O S H ϋ R G PHILIPPINE-WELSEB-STRASS« IAS ί> A IT O S H ϋ R G PHILIPPINE-WELSEB-STRASS «IA
w. 492f. 492
Augsburg, den 31. August 1970Augsburg, August 31, 1970
Westinghouse Electric Corporation, 3 Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania, Vereinigte StaatenWestinghouse Electric Corporation, 3 Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania, United States
von Amerikafrom America
Axialströmungsmaschine für elastische StrömungsmittelAxial flow machine for elastic fluids
Die Erfindung betrifft allgemein Axialströmungsmaschinen für elastische Strömungsmittel und insbesondere Kühlsysteme für Turbinenrotorschaufeln und -scheiben.The invention relates generally to axial flow machines for elastic fluids, and more particularly Cooling systems for turbine rotor blades and disks.
Mit zunehmendem Bedarf an Gasturbinen, die zwecks Abgabe höherer Leistungen mit Antriebsgasen höherer Temperatur betrieben werden, wird auch das Erfordernis einer guten With the increasing demand for gas turbines which are operated with drive gases of higher temperature for the purpose of delivering higher powers, there is also a need for a good one
10Ö8U/U7810Ö8U / U78
2 U U 3 /, 8 2 U U 3 /, 8
Kühlung der Rotorschaufeln immer größer und es ist ein System erwünscht, welches eine wirkungsvolle Kühlung der Schaufeln ergibt.Cooling of the rotor blades is getting bigger and a system is desired, which an effective cooling of the Shoveling results.
Die von der Brennstoffverbrennung abgeleiteten heißen Antriebsgase werden durch Sekundärluft verdünnt, um hierdurch diese Gase auf eine Temperatur abzukühlen, welcher die Turbinenteile und insbesondere die Rotorschaufeln widerstehen können. Durch eine wirkungsvolle Kühlung der Schaufeln ist nur eine minimale Verdünnung der Verbrennungsgase durch Sekundärluft erforderlich, so daß die "Gegenarbeit" verringert und die Nutzarbeit erhöht wird.Those derived from fuel combustion are called Propulsion gases are diluted by secondary air in order to thereby cool these gases to a temperature, which the turbine parts and especially the rotor blades can withstand. Effective cooling of the Shoveling only a minimal dilution of the combustion gases by secondary air is required, so that the "counter work" and the useful work is increased.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei Axialströmungsmaschinen der oben erwähnten Art ein unerwünschtes Erwärmen von Kühlgasen zu verhindern, bevor diese die zu kühlenden Teile erreichen.The object of the invention is to be achieved in axial flow machines of the type mentioned above to prevent undesired heating of cooling gases before they reach the parts to be cooled.
Ausgehend von einer Axialströmungsmaechine für elastische Strömungsmittel, mit in einem Gehäuse untergebrachtem Rotor, welcher mindestens eine Laufscheibe und je Laufscheibe jeweils mindestens einen Kranz Laufschaufeln aufweist und mit einem ringförmigen Kanal zur Zuführung von Kühlmittel zu den Laufschaufeln versehen ist, der mit einem um bestimmte Teile des Rotors herum Starting from an axial flow machine for elastic fluids, with a rotor housed in a housing, which has at least one rotor disk and at least one ring of rotor blades for each rotor disk and is provided with an annular channel for supplying coolant to the rotor blades , which is provided with a certain parts of the Rotor around
- 2 -1098U/U76 - 2 - 1098U / U76
verlaufenden Ringraum Verbindung hat, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Ringraum und dem ringförmigen Kanal eine Strömungsmittelrichtvorrichtung angeordnet ist, welche dem Strömungsmittel beim Eintreten in den ringförmigen Kanal eine mit Bezug auf den radialen Abstand der Eintrittsstelle von der ideellen Rotordrehachse zur Winkelgeschwindigkeit des Rotors in bestimmtem Verhältnis stehende Umfangsgeschwindigkeit erteilt.extending annulus connection, this object is achieved according to the invention in that between the Annular space and the annular channel, a fluid straightening device is arranged, which the fluid when entering the annular channel one with reference to the radial distance of the entry point The circumferential speed of the ideal rotor axis of rotation is related to the angular speed of the rotor in a certain ratio granted.
Bei einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung weist die eine bestimmte Umfangsgeschwindigkeit des Strömungsmittels ergebende Strömungsmittelrichtvorrichtung eine ringförmige Anordnung von rohrförmigen Elementen bzw. Wirbelerzeugern auf, welche an der Welle der betreffenden Turbine befestigt sind und bewirken, daß sich das Gas mit der Turbinenwelle dreht, während es gleichzeitig axial durch einen Kanal hindurchströmt, welcher längs der Welle verläuft. Hierbei wird gemäß der Erfindung eine Drehbeschleunigung des Kühlmittels auf wirkungsvolle Weise durch Schaufeln oder dergl. bewirkt, nicht jedoch durch Reibung, durch welche das Kühlmittel ebenfalls erwärmt würde.In a particular embodiment of the invention, the fluid straightening device which results in a particular peripheral velocity of the fluid comprises a annular arrangement of tubular elements or vortex generators, which on the shaft of the relevant Turbine are fixed and cause the gas to rotate with the turbine shaft while at the same time it rotates axially flows through a channel which runs along the shaft. Here, according to the invention, a rotational acceleration of the coolant effected in an effective manner by blades or the like, but not by friction, through which the coolant would also be heated.
Zwei besondere Auefuhrungsformen der Erfindung werden im folgenden mit Beeug auf die Zeichnungen jeweils als Two particular Auefuhrungsformen of the invention are as below with Beeug to the drawings, in each case
1098U/U761098U / U76
Beispiele beschrieben. Es stellen dar:Examples described. They represent:
Pig. I einen schematischen Teil-Pig. I a schematic part
Axialschnitt einer Axialströmungsgasturbine, welche gemäß der Erfindung mit einem Kühlsystem zur Kühlung der Rotorblätter versehen ist,Axial section of an axial flow gas turbine, which according to the invention is provided with a cooling system for cooling the rotor blades,
Fig· 2 einen leicht vergrößertenFig. 2 is a slightly enlarged
Axialschnitt eines Teiles der Darstellung in Fig. 1,Axial section of part of the representation in Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht,3 is a perspective view,
teilweise im Schnitt, eines Wirbelerzeugers nach der Erfindung,partly in section, of a vortex generator according to the invention,
Fig. 4 einen leicht vergrößerten,4 shows a slightly enlarged,
schematischen Teil-Radialschnitt längs der Ebene IV-IV in Fig. 2,schematic partial radial section along the plane IV-IV in Fig. 2,
Fig. 5 eine abgebrochene TeilansichtFig. 5 is a fragmentary partial view
in Richtung der Pfeile V-V in Fig. 2,in the direction of arrows V-V in Fig. 2,
Fig. 6 einen schematischen Teil-Axial-6 shows a schematic partial axial
_ I1 >
10981 Ul1476 _ I 1 >
10981 Ul 1476
i: O Λ 3 Λ 8i: O Λ 3 Λ 8
schnitt ähnlich Pig. 2, welcher eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt, undcut similar to Pig. 2, which shows a further embodiment of the invention, and
Fig. 7 einen schematischen Teil-Radial7 shows a schematic partial radial
schnitt längs der Ebene VII-VII in Fig. 6.section along the plane VII-VII in FIG. 6.
Im folgenden wird zunächst insbesondere auf Figo 1 Bezug genommen, in welcher ein Teil einer Axialströmungsturbine 10 für elastisches Strömungsmittel dargestellt ist, nämlich die obere Hälfte und ein Teil der unteren Hälfte der Turbine, da die untere Hälfte in gleicher Weise ausgebildet sein kann wie die obere Hälfte. Die Turbine 10 enthält ein Außengehäuse 11 von im wesentlichen rohrförmiger bzw. ringförmiger Gestalt, ferner ein von diesem umgebenes Innengehäuse 12 von ebenfalls ringförmiger Gestalt und einen Rotor I1I, welcher im Innengehäuse 12 in an sich bekannter Weise drehbar gelagert ist, was jedoch in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Der Rotor 11 weist eine Anzahl von Laufscheiben auf, von welchen in en Zeichnungen jeweils nur eine in Strömungsrichtung gesehen erste Laufscheibe 16 und eine zweite Laufscheibe 18 dargestellt sind. Die Laufscheiben sind mittels in Umfangsrichtung ange ordneter Stehbolzen 19 miteinander verbunden, welche durchIn the following, reference is first made in particular to FIG. 1, in which part of an axial flow turbine 10 for elastic fluid is shown, namely the upper half and part of the lower half of the turbine, since the lower half can be designed in the same way as the upper half Half. The turbine 10 contains an outer housing 11 of essentially tubular or ring-shaped shape, furthermore an inner housing 12 surrounded by this, also of ring-shaped shape, and a rotor I 1 I, which is rotatably mounted in the inner housing 12 in a manner known per se, but this is shown in FIG is not shown in the drawings. The rotor 11 has a number of running disks, of which only a first running disk 16 and a second running disk 18, viewed in the direction of flow, are shown in the drawings. The running disks are connected to one another by means of stud bolts 19 arranged in the circumferential direction, which through
1088U/H761088U / H76
die Laufscheiben jeweils hindurchragen und von welchen in den Zeichnungen jeweils nur eine dargestellt ist. Die Laufscheiben 16 bzw. 18 tragen eine Vielzahl von jeweils in ringförmigen Reihen angeordneten Laufschaufeln und 22, die jeweils im wesentlichen radial nach außen ragen.the running disks each protrude and of which only one is shown in the drawings. The rotor disks 16 and 18 carry a plurality of rotor blades 22 and 22, each arranged in annular rows, each of which protrudes essentially radially outward.
Den Laufschaufeln ist unter Bildung mehrerer Antriebs-Strömungsmittelexpansionsstufen eine gleiche Anzahl von ringförmigen Reihen ortsfester Leitschaufeln und 25 zugeordnet, welche im Inneren des Innengehäuses 12 angeordnet sind.The blades are common to form multiple stages of propulsion fluid expansion Number of annular rows of stationary guide vanes and 25, which are arranged in the interior of the inner housing 12.
Die Laufschaufeln 20 und 22 haben jeweils im wesentlichen gleiche Gestalt, jedoch haben sie mit Bezug auf Fig. 1 von links nach rechts stufenweise eine größere Länge. Die Laufschaufeln 20 und 22 gehören dem nicht mit Deckplatten oder Deckbändern versehenen Typ an und weisen jeweils einen im wesentlichen radial nach außen wegragenden Schaufelteil 28, einen Basisteil 29 und einen Fußteil 30 auf, welch letzterer in geeigneter Weise jeweils mit den Laufscheiben 16 bzw· 18 verbunden ist. The blades 20 and 22 each have substantially the same shape, but they have with respect to Fig. 1 from left to right gradually a greater length. The rotor blades 20 and 22 are of the type not provided with cover plates or shrouds and each have a blade part 28 projecting essentially radially outward, a base part 29 and a foot part 30, the latter in a suitable manner with the running disks 16 and 18, respectively connected is.
In gleicher Weise sind die ortsfesten Leitschaufeln The stationary guide vanes are in the same way
- 6 1098U/U76 - 6 1098U / U76
21M3421M34
und 25 jeweils im wesentlichen gleich ausgebildet, obwohl sie mit Bezug auf Fig. 1 von links nach rechts stufenweise länger sind bzw. eine größere Höhe aufweisen. Jede der Leitschaufeln 23 und 25 besteht aus einem im wesentlichen radial nach innen ragenden Schaufelteil 32, einem Basisteil 33 und einem inneren Pußteil 34.and 25 are each formed essentially the same, although with reference to FIG. 1 they are stepwise from left to right are longer or have a greater height. Each of the guide vanes 23 and 25 consists of essentially one radially inwardly projecting blade part 32, a base part 33 and an inner butt part 34.
Heißes Antriebsströmungsmittel, z.B. verdichtetes Verbrennungsgas wird in einer Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Brennkammern 36 erzeugt, von welchen in Fig. 1 nur eine dargestellt ist. Die Brennkammern 36 sind mit entsprechenden Übergangselementen 37 versehen, deren stromab gelegene Enden bogenförmige Auslässe 33 bilden. Die Auslässe 38 bilden zusammen eine ringförmige Auslaßöffnung, über welche die Antriebsgase gegen die erste Blattreihe 23 gerichtet werden. Die Gase strömen an den ortsfesten Leitschaufeln 23 und 25 und den Laufschaufeln 20 und 22 in der durch Pfeile dargestellten Weise von links nach rechts vorbei, wobei das Strömungsmittel expandiert und hierdurch der Rotor 14 um seine Längsachse R-R1 gedreht wird.Hot propulsion fluid, such as compressed combustion gas, is generated in a plurality of circumferentially arranged combustion chambers 36, only one of which is shown in FIG. 1. The combustion chambers 36 are provided with corresponding transition elements 37, the downstream ends of which form arcuate outlets 33. The outlets 38 together form an annular outlet opening through which the drive gases are directed towards the first row of blades 23. The gases flow past the stationary guide vanes 23 and 25 and the rotor blades 20 and 22 in the manner shown by arrows from left to right, the fluid expanding and thereby rotating the rotor 14 about its longitudinal axis RR 1 .
Die Brennkammern 36 sind in einem ringförmigen Hochdruckspeicherraum 40 angeordnet und in die BrennkammernThe combustion chambers 36 are in an annular high-pressure storage space 40 arranged and in the combustion chambers
- 7 1098U/U76 - 7 1098U / U76
2 U Λ 3 A G 5?2 U Λ 3 A G 5?
wird verdichtete Luft eingebracht, welche sich mit dem nicht dargestellten Brennstoff unter Bildung eines brennbaren Gemisches vermischt, welch letzteres zwecks Erzeugung des heißen Antriebsströmungsmittels verbrannt wird.compressed air is introduced, which is mixed with the fuel (not shown) to form a combustible Mixture mixed, the latter being burned to produce the hot propulsion fluid.
An dem Rotor 14 ist mittels Stehbolzen 19 ein drehbares, zylindrisches Drehmomentübertragungsrohr 42 und ein hohler, rohrförmiger Wellenteil 43 befestigt, wobei das Drehmomentübertragungsrohr und die Welle z.B. mittels Schrauben 44 drehfest miteinander verbunden sind. Die Welle 43 ist mit dem Rotor eines nicht dargestellten Luft !compressors verbunden, so daß der Kompressorrotor und der Turbinenrotor sich jeweils gemeinsam drehen und die Turbine 10 in an sich bekannter Weise den Kompressor antreibt.A rotatable, cylindrical torque transmission tube 42 and a hollow, tubular shaft part 43 attached, wherein the torque transmission tube and the shafts are non-rotatably connected to one another by means of screws 44, for example. The shaft 43 is connected to the rotor of an air compressor, not shown, so that the compressor rotor and the turbine rotor each rotate together and the turbine 10 drives the compressor in a manner known per se.
Das DrehmomentÜbertragungsrohr 42 und die Welle 43 sind von einem ortsfesten, in Umfangsrichtung verlaufenden Innenmantel 45 umgeben, welcher die radial innere Wandung des Speicherraumes 40 bildet.The torque transmission tube 42 and the shaft 43 are surrounded by a stationary, circumferentially extending inner jacket 45, which the radially inner wall of the Storage space 40 forms.
Eine Ringleitung 47 ist am Außengehäuse 11 befestigt und weist eine oder mehrere Auslaßleitungen 48 auf, welche sich jeweils im wesentlichen radial nach innen erstrecken und mit dem ortsfesten Innenmantel 45 verbunden sind. In Fig. 1 ist nur eine der Auslaßleitungen 48 dargestellt.A ring line 47 is attached to the outer housing 11 and has one or more outlet conduits 48 each extending substantially radially inward and are connected to the stationary inner jacket 45. In Fig. 1 only one of the outlet lines 48 is shown.
- 8 10981 WU76- 8 10981 WU76
Im Innenmantel 45 sind in an sich bekannter Weise Labyrinthdichtungen 46 angeordnet, um hierdurch ein Lecken des Strömungsmittels zu vermeiden.In the inner jacket 45 are labyrinth seals in a manner known per se 46 arranged to thereby avoid leakage of the fluid.
Gemäß der Erfindung ist eine rohrförmige Verkleidung so angeordnet, daß es das Drehmomentübertragungsrohr 42 umgibt, wie dies am deutlichsten aus Fig. 2 ersichtlich ist. DieAccording to the invention, a tubular fairing is arranged so that it surrounds the torque transmission tube 42, as can be seen most clearly from FIG. the
Verkleidung 49 weist einen scheibenförmigen Plansch 50 ^Cladding 49 has a disk-shaped splash 50 ^
auf, welcher sich radial nach außen erstreckt und an seinem Umfang über eine Ringdichtung 52 mit der Laufscheibe 16 verbunden ist. Der drehbare Turbinenteil umfaßt in der dargestellten Weise den Rotor 14, das Drehmomentübertragungsrohr 42, die Welle 43 und die Verkleidung 49*which extends radially outward and on its circumference via an annular seal 52 with the running disk 16 connected is. In the manner shown, the rotatable turbine part comprises the rotor 14, the torque transmission tube 42, the shaft 43 and the fairing 49 *
Das Auslaßrohr 48 erstreckt sich in den ortsfesten Innenmantel 45 und mündet in einen Ringraum 56, der vom Innenmantel 45, den ringförmigen Labyrinthdichtungen 46 φ The outlet pipe 48 extends into the stationary inner jacket 45 and opens into an annular space 56 which is formed by the inner jacket 45, the annular labyrinth seals 46 φ
und der Verkleidung 49 begrenzt ist. Der rohrförmige Teil der Verkleidung 49 bildet eine Wand des Ringraumes 56 und ist mit einer ringförmigen Anordnung von radialen Offnungen 58 versehen, welche mit diesem Ringraum in Strömungsmittelverbindung stehen. Die Verkleidung 49 und das Drehmomentübertragungerohr 42 haben gegenseitigen Abstand voneinander und bilden einen axial verlaufenden, ringförmigenand the fairing 49 is limited. The tubular part the fairing 49 forms one wall of the annulus 56 and is provided with an annular array of radial Openings 58 provided, which with this annular space in Are fluid connection. The fairing 49 and that Torque transmission tube 42 have mutual spacing from one another and form an axially extending, annular
- 9 1098U/U76 - 9 1098U / U76
20434 JO 20434 JO
Kanal 60, welcher mit den öffnungen 58 in Verbindung steht.Channel 60, which with the openings 58 in connection stands.
Aus Pig. 4 ist ersichtlich, daß eine ringförmige Anordnung von Wirbelerzeugern 62, von welchen nur drei dargestellt sind, in radialer Ausrichtung in der Verkleidung untergebracht sind. Die Wirbelerzeuger 42 haben einerseits mit den öffnungen 58 und andererseits mit dem Kanal 60 Verbindung.From Pig. 4 it can be seen that an annular arrangement of vortex generators 62, of which only three are shown, are housed in radial alignment in the fairing. The vortex generators 42 have on the one hand with the openings 58 and on the other hand with the channel 60 connection.
Wie am deutlichsten aus Fig. 3 ersichtlich ist, haben die Wirbelerzeuger 62 im wesentlichen rohrförmige Gestalt und weisen einen Auslaßteil 63 auf, von welchem ein Teil der rohrförmigen Wand weggenommen ist, so daß sich eine öffnung 64 ergibt. Ein Mittelteil 65 ist mit einem kleineren Außendurchmesser versehen und ein Eingangsteil 67 weist einen nochmals kleineren Außendurchmesser auf. Der Wirbelerzeuger 62 hat eine konkave Innenwandung Der Einlaßteil 67 und der Mittelteil 65 sind mit Preßsitz in entsprechende Vertiefungen 68 in der Verkleidung 49 eingefügt, so daß die Wirbelerzeuger 62 daran gehindert werden, infolge von Zentrifugalkräften sich radial nach außen zu bewegen. Zur Verhinderung, daß sich Wirbelerzeuger 62 aus der Verkleidung 49 herauslösen, können auch andere Mittel As can be seen most clearly from FIG. 3, the vortex generators 62 are essentially tubular in shape and have an outlet part 63 from which part of the tubular wall has been removed so that an opening 64 results. A middle part 65 is provided with a smaller outer diameter and an input part 67 has an even smaller outer diameter. The vortex generator 62 has a concave inner wall. The inlet portion 67 and the central portion 65 are press fit into corresponding recesses 68 in the liner 49 so that the vortex generators 62 are prevented from moving radially outwardly due to centrifugal forces. Other means can also be used to prevent vortex generators 62 from becoming detached from the casing 49
- 10 -1098U/U78- 10 -1098U / U78
2UA3/.842UA3 / .84
verwendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. can be used without departing from the scope of the invention.
Der axial verlaufende Kanal 60 mündet in ein sich radial erstreckendes, ringförmiges Abteil 70, welches in der in Fig. 2 dargestellten Weise durch den Flansch 50 und die Laufscheibe 16 gebildet ist. Zwischen dem Flansch und der Laufscheibe 16 befindet sich eine ringförmige Anordnung von Schaufeln 71, welche entweder an der Laufscheibe 16 oder in der dargestellten Weise an dem Flansch befestigt sein können. Von dem Abteil 70 führen radial verlaufende öffnungen 7 4 weg» welche in eine ringförmige, ununterbrochene Kühlkammer 75 ausmünden, welche an die Schaufelfüße 30 angrenzt. Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann entweder lediglich zur Kühlung der Fußteile der Laufschaufeln 20 oder jeweils der gesamten Schaufeln dienen.The axially extending channel 60 opens into a radially extending, annular compartment 70, which in is formed in the manner shown in FIG. 2 by the flange 50 and the running disk 16. Between the flange and the rotor disk 16 is an annular array of blades 71, which either on the rotor disk 16 or can be attached to the flange in the manner shown. From the compartment 70 lead radially running openings 7 4 away »which in an annular, Uninterrupted cooling chamber 75 which adjoins the blade roots 30 open out. The cooling system according to the invention can either only be used to cool the foot parts of the rotor blades 20 or the entire blades in each case to serve.
Der Zweck dieses erfindungsgemäßen Systems ist es, die Laufschaufeln wirkungsvoll zu kühlen· Obwohl die Theorie des Betriebes des Kühlsystems komplex ist, sei im folgenden die Betriebsweise entsprechend der gegenwärtig herrschenden Lehre beschrieben. Die Wirksamkeit der Wärmeübertragung von Kühlmitteln ist von der Kühlmittel-The purpose of this inventive system is to effectively cool the blades. Although the The theory of the operation of the cooling system is complex, the following is the mode of operation corresponding to the current one ruling doctrine. The effectiveness of heat transfer from coolants depends on the coolant
- 11 -1098U/U76- 11 -1098U / U76
21H348021H3480
temperatur und der zeitlichen Strömungsmittelmenge des Kühlmittels abhängig» Sowohl durch ein Herabsetzen der Temperatur als auch durch ein Erhöhen der zeitlichen Strömungsmittelmenge ergibt sich eine entsprechend stärkere Wärmeabführung. Die erste Möglichkeit verbessert die Kühlungswirksamkeit durch Minimalisierung der Druckverluste und Erzeugung eines Druckanstieges.temperature and the temporal amount of fluid of the coolant dependent »Both by reducing the Temperature as well as an increase in the amount of fluid over time results in a correspondingly stronger one Heat dissipation. The first option improves the cooling efficiency by minimizing pressure losses and generating a pressure increase.
Das Kühlmittel, welches von einem Kompressor abgezogene Luft sein kann, kann so behandelt werden, daß man bestimmte Umgebungszustände erhält. Insbesondere kann die Luft gekühlt, gefiltert und gemessen werden, um hierdurch die Strömung entsprechend festzulegen, bevor sie in die Ringleitung 47 gelangt. In den Zeichnungen ist keine dieser Möglichkeiten dargestellt. Beim Ausströmen des Kühlmittels aus der bzw. den Auslaßleitungen 48, wobei sich der Ringraum 56 füllt, ergibt sich zwischen diesem Ringraum 56 und dem axial verlaufenden Kanal 60 eine Druckdifferenz, durch welche die Luft dazu gezwungen wird, in die öffnungen einzutreten.The refrigerant, which may be air withdrawn from a compressor, can be treated so that one receives certain environmental conditions. In particular, the air can be cooled, filtered and measured in order to thereby determine the flow accordingly before it enters the ring line 47. There is none of these in the drawings Possibilities shown. When the coolant flows out of the outlet line or lines 48, the annular space 56 fills, there is a pressure difference between this annular space 56 and the axially extending channel 60, through which the air is forced to enter the openings.
In Fig. 5 ist eine vektorielle Analyse der Geschwindigkeitskomponenten eines einzigen Teilchens des Kühlmittels dargestellt, welches in einen der Wirbelerzeuger 62In Fig. 5 is a vector analysis of the velocity components a single particle of the coolant is shown, which in one of the vortex generators 62
- 12 10981 kl U76 - 12 10981 kl U76
eintritt. Das in den Wirbelerzeuger 62 hineingetriebene Kühlmittelteilchen wird von der konkaven Wandung 69 des Wirbelerzeugers ergriffen, welche sich mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit ce dreht wie der Rotor 14. Der Wirbelerzeuger 62 hat zwei Punktionen zu erfüllen: Die eine dieser Funktion besteht darin, dem Kühlmittelteilchen eine axiale Geschwindigkeitskomponente Vß„ zu erteilen. Diese Geschwindigkeitskomponente ergibt, wenn sie zu der kleineren, infolge der Druckdifferenz gegebenen axialen Geschwindigkeitskomponente V.p addiert wird, die Gesamtaxialgeschwindigkeit V., welche es dem Kühlmittelteilchen ermöglicht, sich längs des Kanales 60 in axialer Richtung stromab zu bewegen. Die zweite Punktion besteht darin, dem Kühlmittelteilchen eine Tangentialgeschwindigkeit skomponente V„ zu erteilen, welche im wesentlichen gleich groß wie die Tangentialgeschwindigkeit des Kanales 60 ist. Dies ermöglicht es dem Kühlmittelteilchen beim Erreichen des radialen Abteils 70 einen stärkeren Druck zu erhalten, wenn es infolge der Zentrifugalkraft radial nach außen geschleudert wird.entry. The coolant particle driven into the vortex generator 62 is gripped by the concave wall 69 of the vortex generator, which rotates at the same angular speed ce as the rotor 14. The vortex generator 62 has to fulfill two points: One of these functions is to give the coolant particle an axial one Speed component V ß "to be given. This velocity component, when added to the smaller axial velocity component Vp given as a result of the pressure difference, gives the total axial velocity V. which enables the coolant particle to move along the channel 60 in the axial direction downstream. The second puncture consists in giving the coolant particle a tangential velocity component V ″ which is essentially the same as the tangential velocity of the channel 60. This enables the coolant particle to obtain a greater pressure when it reaches the radial compartment 70 when it is thrown radially outward as a result of the centrifugal force.
Die öffnung 64 ist zwecks Erzielung eines besonders guten Wirkungsgrades vorzugsweise so ausgerichtet, daß der resultierende Geschwindigkeitsvektor Vn mit der Dreh-In order to achieve a particularly good degree of efficiency, the opening 64 is preferably oriented in such a way that the resulting speed vector V n corresponds to the rotational speed
xtxt
- 13 -1088U/U76- 13 -1088U / U76
2Ü434Ö0 λ 2Ü434Ö0 λ
achse R-R1 des Rotors 14 einen Winkel θ einschließt. Der Winkel θ kann in Abhängigkeit von den Variablen, z.B. der Größe und Form der öffnungen 64 und der Krümmungsradien der Wirbelströmungserzeuger 62,. experimentell bestimmt werden. Es ist nicht erforderlich, daß die Wirbelerzeuger 62 in der dargestellten Weise rohrförmig sind, sondern diese können z.B. auch die Form von entsprechend dem Winkel θ ausgerichteten geraden Platten haben.Axis RR 1 of the rotor 14 includes an angle θ. The angle θ can be a function of the variables, for example the size and shape of the openings 64 and the radii of curvature of the eddy flow generators 62,. can be determined experimentally. It is not necessary for the vortex generators 62 to be tubular in the manner shown, but they can, for example, also have the shape of straight plates aligned in accordance with the angle θ.
Um in dem radialen Abteil 70 den genannten Druckanstieg zu bewirken, drehen sich die Schaufeln 71 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit < wie der Rotor 14 und wirken als Zentrifugalpumpe. Da die Luft mit den sich drehenden Schaufeln 71 in Berührung kommt, wird sie infolge bzw. als Funktion ihres gr.ößer werdenden radialen Abstandes von der Drehachse R-R1 mit einem höheren Druck wieder abgegeben. In order to bring about the aforementioned pressure increase in the radial compartment 70, the blades 71 rotate at the same angular speed as the rotor 14 and act as a centrifugal pump. Since the air comes into contact with the rotating blades 71, it is released again at a higher pressure as a result of or as a function of its increasing radial distance from the axis of rotation RR 1.
Wenn die tatsächliche Bewegung des Kühlmittels eine freie Wirbelbewegung wäre, so würde das Kühlmittel mit einer Geschwindigkeit in die sich drehenden Schaufeln eintreten, welche von der Bahngeschwindigkeit der Schaufeln verschieden wäre, was zu einer unwirksamen Verwendung der Zentrifugalpumpe führen würde. Da jedoch gemäß der Erfindung das Kühlmittel die gleiche Tangentialge-If the actual movement of the coolant were a free vortex, so would the coolant enter the rotating blades at a speed which is dependent on the path speed of the blades would be different, resulting in ineffective use of the centrifugal pump. However, since according to the Invention the coolant has the same tangential
- 14 -1098U/U76- 14 -1098U / U76
schwindigkeit VT hat wie der Eintrittsteil der Schaufeln 71, ist zwischen dem Kühlmittel und den Schaufeln 71 auch keine relative Geschwindigkeit vorhanden und das Kühlmittel dreht sich mit den Schaufeln 71 im wesentlichen ohne Reibung·has speed V T like the inlet part of the blades 71, there is also no relative speed between the coolant and the blades 71 and the coolant rotates with the blades 71 essentially without friction
Bei einer weiteren, in Pig. 6 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsform der Erfindung münden Auslaßleitungen 78 in einen Ringraum 79. Am Auslaßteil 80 des Ringraumes 79 ist ein in Umfangsrichtung verlaufender Ring 82 angeordnet, welcher ein Teil des ortsfesten Turbinenteiles ist. Der Ring 82 ist in einem in umfangsrichtung verlaufenden Mantel 83 befestigt, in welchem zu diesem Zwecke ringförmige Nischen 84 gebildet sind, während der Ring 82 radiale Lippen 85 aufweist, welche in die Nischen 84 eingefügt sind und hierdurch den Ring an dem Mantel 83 festhalten. Der Mantel 83 ist außerdem mit ringförmigen Labyrinthdichtungen 85a versehen. Ferner ist eine rohrförmige Verkleidung 86 vorgesehen, welche ebenfalls ein Teil des drehbaren Turbinenteiles ist. Der Ring 82, die Labyrinthdichtungen 85a und die Verkleidung bilden zusammen einen Ringraum 87* Eine ringförmige Anordnung von radialen öffnungen 88 in der Verkleidung 86 steht jeweils mit dem Ringraum 87 in Verbindung. DieAnother, in Pig. 6 of the drawings, the embodiment of the invention opens out into outlet conduits 78 into an annular space 79. At the outlet part 80 of the annular space 79 is a circumferential direction Ring 82 is arranged, which is part of the stationary turbine part. The ring 82 is in a circumferential direction extending jacket 83 attached, in which for this purpose annular niches 84 are formed, during the Ring 82 has radial lips 85 which are inserted into the niches 84 and thereby the ring on the Hold jacket 83 firmly. The jacket 83 is also provided with annular labyrinth seals 85a. Furthermore is a tubular casing 86 is provided, which is also part of the rotatable turbine part. Of the Ring 82, the labyrinth seals 85a and the fairing together form an annular space 87 * An annular arrangement of radial openings 88 in the casing 86 is in each case connected to the annular space 87. the
- 15 -1098U/U76- 15 -1098U / U76
Öffnungen 88 stehen außerdem mit einem in axialer Richtung verlaufenden ringförmigen Kanal 89 in Strömungsmittelverbindung. Openings 88 are also in fluid communication with an axially extending annular channel 89.
Mit Bezug auf die einen Teil-Radialschnitt längs der Ebene VII-VII in Fig. 6 darstellende Fig. 7 ist ersichtlich, daß der Ring 82 mit mindestens einer ringförmigen Anordnung von öffnungs- bzw. Düsenkanälen versehen ist, von welchen in Fig. 7 nur ein Quadrant dargestellt ist. Die Düsenkanäle 90 weisen einen im Durchmesser größeren Einlaßabschnitt 91 und einem im Durchmesser kleineren Auslaßabschnitt 92 auf. Die beiden Düsenabschnitte 91 und 92 liegen konzentrisch zu einer gemeinsamen Mittellinie L-L1.With reference to FIG. 7, which shows a partial radial section along the plane VII-VII in FIG. 6, it can be seen that the ring 82 is provided with at least one annular arrangement of opening or nozzle channels, of which only a quadrant is shown. The nozzle channels 90 have an inlet section 91 with a larger diameter and an outlet section 92 with a smaller diameter. The two nozzle sections 91 and 92 are concentric to a common center line LL 1 .
Die Düsenkanäle 90 sind in Umfangsrichtung jeweils mit gleichem gegenseitigem Abstand voneinander angeordnet und unter einem Winkel 0 geneigt, wobei 0 jeweils der von der Mittellinie L-L1 der Düsenkanäle 90 mit den Tangenten T-T1 des Ringraumes 87 an den Düsenauslässen 92 eingeschlossene Winkel ist. Sämtliche Düsenkanäle 90 schließen mit dem Ringraum 87 im wesentlichen den gleichen Winkel 0 ein. Der Winkel 0 ist so groß, daß dem Kühlmittel jeweils eine TangentialgeschwindigkeitThe nozzle channels 90 are arranged in the circumferential direction at the same mutual distance from one another and inclined at an angle 0, where 0 is the angle enclosed by the center line LL 1 of the nozzle channels 90 with the tangents TT 1 of the annular space 87 at the nozzle outlets 92. All of the nozzle channels 90 form essentially the same angle 0 with the annular space 87. The angle 0 is so large that the coolant has a tangential velocity
- 16 1098U/ U76 - 16 1098U / U76
2 U Λ 3 4 8 O2 U Λ 3 4 8 O
mitgeteilt wird, welche im wesentlichen gleich groß wie die Tangentialgeschwindigkeit der öffnungen 88' ist.is communicated, which is essentially the same as the tangential speed of the openings 88 '.
1098U/U76 - 17 -1098U / U76 - 17 -
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