DE3926152A1

DE3926152A1 - Radialkompressor

Info

Publication number: DE3926152A1
Application number: DE3926152A
Authority: DE
Inventors: Libero Portaleoni; Michael Dr Casey
Original assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH; Escher Wyss GmbH
Current assignee: MAN Turbo AG
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1989-08-08
Publication date: 1991-01-24
Also published as: DE3926152C2; CH680010A5; JPH0826879B2; JPH0354399A

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialkompressor mit einem radial durchströmten Laufrad und einem ringförmigen, das Laufrad peripher umgebenden stationären Diffusor mit Leitschaufeln und einem die Leitschaufeln umgebenden Umlenkraum zur Lenkung der aus dem Laufrad austretenden Strömung zu einem Strömungsaustritt.

Solche Radialkompressoren sind beispielsweise aus der CH 6 63 447 bekannt. Dabei dienen der das Laufrad umgebende Diffusor und dessen Leitschaufeln zur Umwandlung der Strömungsenergie am peripheren Austritt des Laufrades in Druck mit möglichst geringem Verlust. Bei diesen vorbekannten Radialkomkpressoren sind die Leitschaufeln des Diffusors etwa in Achsenrichtung des Laufrades, jedoch geneigt zur Radialrichtung orientiert. Dabei nimmt die Neigung dieser Leitschaufeln von der Innenzone am Austritt des Laufrades zur Außenzone hin ständig zu, so daß die aus dem Laufrad am Außenrand mit radialer Komponente austretende Strömung eine zunehmende periphere Komponente, d. h. einen zunehmenden Drall erhält und tangential in den außen an die Leitschaufeln anschließenden Umlenkraum geführt wird. Dieser Umlenkraum ist entsprechend spiralförmig und sich in Strömungsrichtung ständig erweiternd gestaltet und weist einen tangential orientierten Strömungsaustritt auf.

Nachteilig ist hierbei zunächst, daß infolge der tangentialen Anordnung des Strömungsaustritts ein bei großen Maschinen erhebliches Drehmoment verursacht durch Stutzenkräfte auftreten kann, welches auf das Fundament und auf andere mit dem Kompressor verbundene Anlagenteile infolge Hebelwirkung eine störende unsymmetrische Beanspruchung ausübt. Insbesondere ist es jedoch nachteilig, daß ein langer, sich allmählich verbreiternder Austrittsstutzen an der Austrittsspirale vorgesehen sein muß, um eine genügende Verzögerung zum Druckgewinn und damit eine hinreichende Energierückgewinnung zu erhalten, was die Baulänge vergrößert. Vor allem aber wird bei diesen vorbekannten Diffusoren mit spiralförmigem Umlenkraum lediglich die tangentiale Strömungskomponente in der Spirale gesammelt und der Energierückgewinnung zugeführt, während die radiale Komponente lediglich zur Verwirbelung und Drallerzeugung führt und dessen Energie damit verloren geht.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die genannten Nachteile vorbekannter Radialkompressoren zu vermeiden und insbesondere bei Radialkompressoren der eingangs genannten Art störende Drehmomente im Betrieb zu vermeiden und die Energierückgewinnung aus der Strömung zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Leitschaufeln des Diffusors in einer inneren, an das Laufrad anschließenden Zone gegen die Radialrichtung geneigt sind, daß die Leitschaufeln in einer außen anschließenden Zone eine abnehmende Neigung gegen die Radialrichtung aufweisen und am Außenumfang wenigstens angenähert in Radialrichtung orientiert sind, daß der Umlenkraum angenähert spiegelsymmetrisch bezüglich einer die Laufradachse enthaltenen Ebene ausgebildet ist, und daß der Strömungsaustritt aus dem Umlenkraum in Radialrichtung senkrecht zur Laufradachse orientiert ist.

Bei einer solchen Anordnung wird ausgenützt, daß die Strömung am Außenrand des Diffusors vorzugsweise radial verläuft und die Verzögerung der radialen Strömung bereits in dem die Leitschaufeln des Diffusors umgebenden Umlenkraum stattfindet. Da hierbei nahezu keine tangentiale Strömungskomponente auftritt, wird nahezu die gesamte Strömungsenergie zur Energie rückgewinnung genutzt. Daher ist kein verlängerter Austrittsstutzen zur Verzögerung erforderlich. Da außerdem der Strömungsaustritt rein radial orientiert ist, anstatt tangential, wird ein Drehmoment im Betrieb von vornherein vermieden.

Die Erfindung wird anhand der in den beiliegenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Radialkompressor im Axialschnitt, und

Fig. 2 einen Schnitt in einer Ebene senkrecht zur Laufradachse durch den Diffusor und Umlenkraum.

Bei dem in den Figuren in zwei zueinander senkrechten Schnittebenen dargestellten Radialkompressor läuft in einem Gehäuse 1 ein Laufrad 2 um, dessen Welle von einem Motor 3 angetrieben wird und dessen Lauf schaufeln 4 ein durch den Eintritt 5 axial eintretendes, zu komprimierendes Gas in Radialrichtung R nach außen beschleunigen.

Das Laufrad ist an seinem Außenrand von einem Diffusor 6 umgeben, welcher zwei zur Achse A des Laufrades senkrechte Platten 7 und 8 aufweist, zwischen denen eine Anzahl von parallel zur Achsenrichtung A orientierte Leitschaufeln 9, 10 angeordnet sind. Diese Leitschaufeln sind in ihrem inneren Teil 9, in einer an den Außenkranz des Laufrades 2 bzw. der Laufschaufeln 4 anschließenden Zone Z_i zur Radialrichtung R geneigt, und zwar etwa entsprechend der Richtung der aus dem Laufrad austretenden Strömung. Dagegen ist der äußere Teil 10 der Leitschaufeln in der sich außen anschließenden Zone Z_a des Diffusors so gestaltet, daß die Neigung der Leitschaufeln 10 gegen die Radialrichtung R nach außen allmählich abninmt und am Ausßenrand 11 des Diffusors wenigstens angenähert Null ist, d. h. daß die äußeren Enden der Laufschaufeln 10 praktisch in Radialrichtung R orientiert sind. Damit wird erreicht, daß die aus dem Diffusor am äußeren Rand 11 austretende Strömung über den gesamten Umfang angenähert radial gerichtet ist, ohne wesentliche tangentiale Komponente.

Der Diffusor 6 ist außen von einem vorzugsweise torusförmigen oder zylinderringförmigen Umlenkraum 12 umgeben, in den das durch das Laufrad beschleunigte und durch die Leitschaufeln 9 und 10 in ihrer Richtung gelenkte Gas einströmt und sich bei der Radialbewegung nach außen verzögert. Der Umlenkraum 12 ist bezüglich einer zur Achse A des Laufrades und des Diffusors senkrechten Ebene R′ spiegelsymmetrisch ausgebildet. An einer Seite des Gehäuses mündet der Umlenkraum 12 in einen Strömungsaustritt 13, welcher rein radial orientiert ist. Diese Anordnung bewirkt, daß das radial in den Umlenkraum 12 einströmende Gas nach weitgehender Verzögerung an beiden Seiten symmetrisch zueinander entlang den Wänden des ringförmigen Umlenkraumes 12 in Richtung zum Strömungsaustritt 13 gelenkt wird. Zur Trennung der Strömungen beidseits der Symmetrieebene können im Umlenkraum 12 flügelartige Wände 14 vorgesehen sein, welche sich in der Symmetrieebene in Richtung zum Strömungsaustritt 13 und in Gegenrichtung erstrecken. Gegebenenfalls kann auf diese Flügel jedoch auch verzichtet werden.

Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, daß die Strömung aus dem Diffusor im wesentlichen ohne tangentiale Komponente austritt, daß die vorzugsweise radial gerichtete Strömung unmittelbar nach dem Diffusor im Umlenkraum umgelenkt und verzögert wird, und daß das sich bereits langsam bewegende Gas in einer symmetrischen Strömung zu einem rein radial orientierten Strömungsaustritt fließt. Dies hat zur Folge, daß die Energierückgewinnung aus der Strömung markant verbessert ist, da praktisch kaum Strömungs anteile als Wirbelverluste verloren gehen. Die Verzögerung und Sammlung des ausströmenden Gases erfolgt auf möglichst kurzem Wege, so dass kein verlängerter Austrittsstutzen erforderlich ist. Zudem werden durch die symmetrische Strömung und den radial orientierten Strömungsaustritt Drehmomente im Betrieb von vornherein vermieden.

Zur Erreichung einer optimalen Energierückgewinnung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Abmessungen der inneren und der äußeren Leitschaufelzone 9 bzw. 10 des Diffusors so zu wählen, daß der Außendurchmesser D_i der inneren Zone etwa das 1,3- bis 1,7fache des Laufraddurchmessers D_r, der Außendurchmesser D_a der äußeren Zone 10 etwa das 1,7- bis 2,5fache des Laufraddurchmessers D_r, und der Außendurchmesser D_e des Umlenkraumes etwa das 2,3- bis 3fache des Laufraddurchmessers D_r beträgt.

Die inneren Leitschaufeln 9 und die äußeren Leit schaufeln 10 können als voneinander getrennte Schaufelreihen ausgeführt sein. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenigstens einen Teil der äußeren Schaufeln 10 mit entsprechenden inneren Schaufeln 9 in einem Stück auszuführen. Die Anzahl der äußeren Schaufeln kann von der der inneren Schaufeln verschieden sein, z. B. in der Außenzone Z_a größer als in der Innenzone Z_i. Vorteilhaft ist es, wie in Fig. 2 gezeigt, wenn ein Teil der Leitschaufeln einstückig die innere Zone D_i und äußere Zone D_a durchsetzt, wobei sich in der äußeren Zone D_a zwischen diesen langen Leitschaufeln 10 kürzere Leitschaufeln 10′ befinden.

Um eine optimale Strömungsverzögerung und Energie rückgewinnung zu erreichen, ist die Breite B des Umlenkraumes 12 in Achsenrichtung größer als die Breite b des Diffusors 6.

Claims

1. Radialkompressor mit einem radialdurchströmten Laufrad (4) und einem ringförmigen, das Laufrad (4) peripher umgebenden stationären Diffusor (6) mit Leitschaufeln (9, 10) und einem die Leitschaufeln umgebenden Umlenkraum (12) zur Lenkung der aus dem Laufrad (2) austretenden Strömung zu einem Strömungsaustritt (13), dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (9) des Diffusors (6) in einer inneren an das Laufrad (2) anschließenden Zone (Z_i) gegen die Radialrichtung (R) geneigt sind, daß die Leitschaufeln (10, 10′) in einer außen anschließenden Zone (Z_a) eine abnehmende Neigung gegen die Radialrichtung (R) aufweisen und am Außenumfang (11) wenigstens angenähert in Radialrichtung (R) orientiert sind, daß der Umlenkraum (12) angenähert spiegelsymmetrisch bezüglich einer die Laufradachse (A) enthaltenden Ebene (R′) ausgebildet ist, und daß der Strömungsaustritt (13) aus dem Umlenkraum (12) in Radialrichtung (R) senkrecht zur Laufradachse orientiert ist.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Leitschaufeln (10) der äußeren Zone (Z_a) des Diffusors (6) mit entsprechenden Leitschaufeln (9) der inneren Zone (Z_i) einstückig ausgebildet ist.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß zwischen den einstückig ausgebildeten Leitschaufeln (9, 10) weitere Leitschaufeln (10′) angeordnet sind, welche sich nur in der äußeren Zone (Z_a) des Diffusors (6) erstrecken.

4. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußre Durchmesser (D_i) der inneren Leitschaufelzone (9) das 1,3- bis 1,7fache des Laufraddurchmessers (D_r) beträgt.

5. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausßendurchmesser (D_a) der äußeren Leitschaufelzone (10) das 1,7- bis 2,5fache des Laufraddurchmessers (D_r) beträgt.

6. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (D_e) des Umlenkraumes (12) das 2,3- bis 3fache des Laufraddurchmessers (D_r) beträgt.

7. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkraum (12) durch in der Symmetrieebene (R′) angeordnete Flügel (14) in zwei getrennte, spiegelsymmetrische Hälften geteilt ist, wobei ein Flügel (14) in Richtung zum Strömungsaustritt (13) weist und der andere Flügel (14′) in die entgegengesetzte Richtung.

8. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet daß die Breite (B) des Umlenkraumes (12) in Achsenrichtung größer ist als die Breite (b) des Diffusors (6).