HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Zentrifugalverdichter,
und insbesondere auf einen Zentrifugalverdichter, der Einlassleitschaufeln zur
Ausführung
einer Durchsatzsteuerung verwendet.The
The present invention relates to a centrifugal compressor,
and more particularly to a centrifugal compressor, the inlet guide vanes for
execution
a throughput control used.
Die JP-A-56-115897 beschreibt
ein Beispiel eines herkömmlichen
Zentrifugalverdichters, der Einlassleitschaufeln hat. Der in der JP-A-56-115897 beschriebene
Zentrifugalverdichter hat einen Detektor zum Erfassen eines Förderluftdrucks,
eine Steuerung zum Finden eines erforderlichen Neigungswinkels der
Einlassleitschaufeln sowie eine von einem Signal der Steuerung angetriebene
Betätigungseinrichtung,
damit ein Betrieb mit hohem Wirkungsgrad durch Ändern des Neigungswinkels der
Einlassleitschaufeln als Reaktion auf eine Druckänderung des Förderluftdrucks
erreicht wird, um eine Pumpkurve des Verdichters zu ändern.The JP-A-56-115897 describes an example of a conventional centrifugal compressor having inlet guide vanes. The Indian JP-A-56-115897 described centrifugal compressor has a detector for detecting a conveying air pressure, a controller for finding a required inclination angle of the inlet guide vanes and an actuator driven by a signal of the controller, so that a high efficiency operation by changing the inclination angle of the inlet guide vanes in response to a pressure change of the conveying air pressure is achieved to change a pumping curve of the compressor.
Die JP-A-57-65898 beschreibt
ein weiteres Beispiel eines herkömmlichen
Zentrifugalverdichters, der Einlassleitschaufeln hat. Der in der JP-A-57-65898 beschriebene
Zentrifugalverdichter hat Einrichtungen zum Erfassen der Drehzahl
des Verdichters und Einrichtungen zum Erfassen einer Lufttemperatur,
wobei die Einlassleitschaufeln auf der Basis von Signalen aus diesen
Einrichtungen betätigt
werden, um der in den Verdichter strömenden Luft zur Änderung
der Strömungscharakteristika
des Kompressors eine Vorverwirbelung zu geben.The JP-A-57-65898 describes another example of a conventional centrifugal compressor having inlet guide vanes. The Indian JP-A-57-65898 described centrifugal compressor has means for detecting the rotational speed of the compressor and means for detecting an air temperature, wherein the inlet guide vanes are actuated based on signals from these devices to give the air flowing into the compressor for changing the flow characteristics of the compressor, a Vorverwirbelung.
Weiterhin
beschreibt die JP-A-11-62894 ein weiteres
Beispiel eines herkömmlichen
Zentrifugalverdichters. Der in der JP-A-11-62894 beschriebene Zentrifugalverdichter
hat ein oder mehrere freie Rotoren, die zwischen Einlassleitschaufeln
und einem Zentrifugallaufrad angeordnet sind, wobei die freien Rotoren
in sich Strömungsenergie
speichern, um den Betrieb des Kompressors stabiler zu machen.Furthermore, the describes JP-A-11-62894 another example of a conventional centrifugal compressor. The Indian JP-A-11-62894 described centrifugal compressor has one or more free rotors, which are arranged between inlet guide vanes and a centrifugal impeller, wherein the free rotors store in itself flow energy in order to make the operation of the compressor more stable.
Bei
den Zentrifugalverdichtern, die in der JP-A-56-115897 und der JP-A-57-65898 beschrieben
sind, ermöglicht
die Durchsatzsteuerung mit Hilfe der Einlassleitschaufeln, eine
hohe Leistung der Zentrifugalverdichter zu erreichen, jedoch wird
der Fall nicht ausreichend berücksichtigt,
in welchem der Ansauggasdruck der Zentrifugalverdichter erhöht wird.
D.h., dass bei Verdichtern, die für chemische Anlagen oder dergleichen
verwendet werden, bei denen der saugseitige Druck ein Mehrfaches
bis Zehnfaches oder noch mehr des Atmosphärendrucks beträgt, ein
Anlaufen in einigen Fällen
nicht erfolgen kann, bis eine Druckdifferenz zwischen der Stromaufseite
und der Stromabseite der Einlassleitschaufeln groß ist. In
einem solchen Fall ist zu befürchten, dass
eine Druckdifferenz zwischen der Stromaufseite und der Stromabseite
der Einlassleitschaufeln zunimmt und eine an Schaufeln der Einlassleitschaufeln
angelegte Last so erhöht
wird, dass die Einlassleitschaufeln beschädigt werden. Die vorstehend
beschriebenen Patentveröffentlichungen
berücksichtigen
jedoch eine solche Belastungssteigerung nicht.In centrifugal compressors used in the JP-A-56-115897 and the JP-A-57-65898 however, the flow rate control by means of the inlet guide vanes makes it possible to achieve high performance of the centrifugal compressors, but the case where the suction gas pressure of the centrifugal compressor is increased is not sufficiently considered. That is, in compressors used for chemical plants or the like in which the suction side pressure is a multiple to ten times or more of the atmospheric pressure, startup may not occur in some cases until a pressure difference between the upstream side and the downstream side of the Inlet guide vanes is large. In such a case, it is feared that a pressure difference between the upstream side and the downstream side of the inlet guide vanes will increase and a load applied to blades of the inlet guide vanes will be increased to damage the inlet guide vanes. However, the patent publications described above do not take into account such an increase in load.
Bei
dem in der JP-A-11-62894 beschriebenen
Zentrifugalverdichter speichern die freien Rotoren in sich kinetische
Energie, um ein Pumpen verhindern zu können. Die Veröffentlichung
sagt jedoch nichts über
eine Befürchtung,
dass eine Situation entsteht, in der sich eine große Druckdifferenz
zwischen der Stromaufseite und der Stromabseite der Einlassleitschaufeln
ausbildet, wodurch möglicherweise
die Einlassleitschaufeln beim Anlaufen beschädigt werden, wenn ein Ansaugdruck
des Verdichters groß ist, und
bietet keinerlei Beschreibung bezüglich einer Beseitigung solcher
Nachteile.In the in the JP-A-11-62894 centrifugal compressors store the free rotors kinetic energy in order to prevent pumping. However, the publication does not say anything about a fear that a situation arises in which a large pressure difference is formed between the upstream side and the downstream side of the inlet guide vanes, possibly damaging the inlet guide vanes at start-up when a suction pressure of the compressor is large, and offering none Description regarding elimination of such disadvantages.
Die DE-A-1 013 033 offenbart
einen Zentrifugalverdichter mit einem äußeren Zylinder, der einen Innendurchmesser
hat, der in dem Bereich am größten ist,
wo Einlassleitschaufeln angeordnet sind. In dem Ansaugströmungskanal
ist kein innerer Zylinder angeordnet.The DE-A-1 013 033 discloses a centrifugal compressor having an outer cylinder having an inner diameter that is largest in the region where inlet guide vanes are arranged. In the Ansaugströmungskanal no inner cylinder is arranged.
Die DE-A 821 879 beschreibt
einen Zentrifugalverdichter mit einem größeren Zylinder, der einen Innendurchmesser
hat, der in Richtung des Einlasses des Laufrads abnimmt. An dem äußeren Zylinder ist
koaxial ein innerer Zylinder angeordnet. An dem Ende eines Zapfens
zwischen der Innenzylinderstirnfläche sind Leitschaufeln befestigt,
wobei der Zapfen in dem Innenzylinder verschiebbar gehalten ist.The DE-A 821 879 describes a centrifugal compressor with a larger cylinder having an inner diameter decreasing in the direction of the inlet of the impeller. On the outer cylinder coaxially an inner cylinder is arranged. At the end of a pin between the inner cylinder end face guide vanes are fixed, wherein the pin is slidably supported in the inner cylinder.
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Zentrifugalverdichter
bereitzustellen, bei dem eine Beschädigung der Einlassschaufeln
auch dann vermieden wird, wenn der Ansaugdruck und somit eine Belastung
an den Einlassleitschaufeln gesteigert wird.The
The object underlying the invention is a centrifugal compressor
in which damage to the inlet blades
is avoided even if the suction pressure and thus a load
is increased at the inlet guide vanes.
Diese
Aufgabe wird durch einen Zentrifugalverdichter mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den Ansprüchen
2 und 3 beansprucht.These
Task is by a centrifugal compressor with the features
of claim 1.
Preferred embodiments
are in the claims
2 and 3 claims.
Weitere
Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden
Beschreibung von Ausführungsformen
der Erfindung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.Further
Objects, features and advantages of the invention will become apparent from the following
Description of embodiments
of the invention in conjunction with the accompanying drawings.
KURZBESCHREIBUNG DER ANSICHTEN
DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE VIEWS
THE DRAWING
1 zeigt
in einem Längsschnitt
eine Ausführungsform
eines Zentrifugalverdichters nach der Erfindung. 1 shows in a longitudinal section an embodiment of a centrifugal compressor according to the Invention.
2 ist
eine Ansicht in Richtung des Pfeils A von 1. 2 is a view in the direction of arrow A of 1 ,
3 zeigt
im Längsschnitt
einen Zentrifugalverdichter, der nicht nach der Erfindung gebaut
ist. 3 shows in longitudinal section a centrifugal compressor, which is not built according to the invention.
4 und 5 sind
Schnittansichten gesehen in Richtung des Pfeils B von 3. 4 and 5 are sectional views seen in the direction of arrow B of 3 ,
NÄHERE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Nachstehend
werden unter Bezug auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsformen
eines Zentrifugalverdichters nach der Erfindung beschrieben. 1 und 2 sind
Ansichten, die eine Ausführungsform
eines Zentrifugalverdichters zeigen, wobei 1 die Ansicht
eines Längsschnitts
und 2 die Ansicht gesehen in Richtung des Pfeils A ist.
Mit einer Welle einer Antriebsmaschine (nicht gezeigt) ist direkt
oder über
ein die Drehzahl steigerndes Getriebe eine Hauptwelle 100a des
Zentrifugalverdichters verbunden. An einem Ende der Hauptwelle 100a ist
ein Zentrifugallaufrad 11a angebracht. Stromab von dem
Zentrifugallaufrad 11a ist ein Diffusor 101 vorgesehen,
der von einer Seite eines Gehäuses 42 und
einer Seite eines Außenzylinders
gebildet wird, der nachstehend näher
beschrieben wird. Das Gehäuse 42 nimmt
in sich die Hauptwelle 100a haltende Lager und Wellendichtungseinrichtungen auf.
Der Diffusor 101 kann ein gerippter Diffusor, an welchem
Schaufeln mit einer geringen Höhe
in Breitenrichtung eines Strömungskanals
in Abständen
in Umfangsrichtung, wie in der Zeichnung gezeigt, angeordnet sind,
oder ein beschaufelter Diffusor oder ein schaufelloser Diffusor
sein. Stromab von dem Diffusor 101 ist eine spiralförmige Schnecke 102 angeordnet.Hereinafter, several embodiments of a centrifugal compressor according to the invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are views showing an embodiment of a centrifugal compressor, wherein 1 the view of a longitudinal section and 2 the view seen in the direction of arrow A is. With a shaft of a prime mover (not shown) is directly or via a speed-increasing gear a main shaft 100a connected to the centrifugal compressor. At one end of the main shaft 100a is a centrifugal impeller 11a appropriate. Downstream of the centrifugal impeller 11a is a diffuser 101 provided from one side of a housing 42 and a side of an outer cylinder which will be described later. The housing 42 takes in the main wave 100a holding bearings and shaft seal devices. The diffuser 101 For example, a finned diffuser on which blades of a small height in the width direction of a flow channel are arranged at intervals in the circumferential direction as shown in the drawing, or a bladed diffuser or a blade-less diffuser. Downstream of the diffuser 101 is a spiral snail 102 arranged.
Die
Schnecke 102 wird von einem Teil eines Außenzylinders 14a und
dem Gehäuse 42 gebildet. Eine
innere Umfangsfläche
des Außenzylinders 14a bildet
einen zylinderförmigen
Ansaugströmungskanal auf
der Ansaugseite des Laufrads 11a. Ein von Streben 15a gehaltener
Innenzylinder 13a ist zentral zu dem Ansaugströmungskanal
angeordnet. Das vordere Ende des Innenzylinders 13a hat
eine Stromlinienform, um den Strömungswiderstand
zu verringern. Die äußeren Umfangsseiten
der Streben 15a sind an dem Außenzylinder 14a befestigt.
Die Streben 15a sind in einer Vielzahl von Positionen mit
in Umfangsrichtung im Wesentlichen gleichen Abstand angeordnet.The snail 102 is from a part of an outer cylinder 14a and the housing 42 educated. An inner peripheral surface of the outer cylinder 14a forms a cylindrical Ansaugströmungskanal on the suction side of the impeller 11a , One of pursuit 15a held inner cylinder 13a is arranged centrally to the Ansaugströmungskanal. The front end of the inner cylinder 13a has a streamline shape to reduce flow resistance. The outer peripheral sides of the struts 15a are on the outer cylinder 14a attached. The aspiration 15a are arranged in a plurality of positions with circumferentially substantially equal spacing.
In
dem Ansaugströmungskanal
sind zwischen den Streben 15a und dem Laufrad 11a Einlassleitschaufeln 12a an
einer Position angeordnet, die einem Zwischenabschnitt des Innenzylinders 13a entspricht.
Bei der Ausführungsform
sind elf Einlassleitschaufeln vorgesehen, die mit gleichem Abstand in
Umfangsrichtung angeordnet sind. An den Fußseiten der Einlassleitschaufeln 12a sind
Drehschäfte 31 vorgesehen.
Die Drehschäfte 31 sind
in Lager 16a drehbar gelagert, die an dem Außenzylinder 14a gehalten
werden. Ein verlängerter
Drehschaft 17a, der sich aus dem Gehäuse 42 heraus erstreckt
und drehbar von einem in dem Gehäuse 42 gehaltenen
Lager 16c gelagert wird, ist mit dem Drehschaft 31 für eine Einlassleitschaufel
der Vielzahl von Einlassleitschaufeln 12a verbunden.In the suction flow channel are between the struts 15a and the impeller 11a inlet guide vanes 12a disposed at a position corresponding to an intermediate portion of the inner cylinder 13a equivalent. In the embodiment, eleven inlet guide vanes are provided, which are arranged equidistantly in the circumferential direction. At the foot of the inlet guide vanes 12a are turning shafts 31 intended. The turning shafts 31 are in storage 16a rotatably mounted on the outer cylinder 14a being held. An extended turn of the shaft 17a that comes out of the case 42 extends out and rotatable from one in the housing 42 held bearings 16c is stored, is with the rotation shaft 31 for an inlet guide vane of the plurality of inlet guide vanes 12a connected.
An
einem Ende des verlängerten
Drehschafts 17a, der sich aus dem Gehäuse 42 heraus erstreckt,
ist ein sich radial erstreckender Arm 19a befestigt. An
Zwischenabschnitten der Drehschäfte 31 sind
in Axialrichtung Arme 20a befestigt, die sich senkrecht
zu den Drehschäften 31 erstrecken.
Die Enden der Arme 20a sind mit einem Ring 18a über einen
weiteren Arm 32 verbunden. Wenn eine Druckluft-Leistungsvorrichtung
oder dergleichen (nicht gezeigt) verwendet wird, um den Arm 19a,
der außerhalb
des Gehäuses 42 angeordnet
ist, in Drehung zu versetzen, werden der verlängerte Drehschaft 17a und
der mit dem verlängerten
Drehschaft 17a verbundene Drehschaft 31 gedreht,
während
der Arm 20a, der an dem mit dem verlängerten Drehschaft 17a verbundenen
Drehschaft 31 befestigt ist, den Ring 18a um eine
Drehachse des Laufrads 11a dreht. Wenn sich der Ring 18a um
die Drehachse des Laufrads dreht, wer den die Arme 32 an
den jeweiligen Einlassleitschaufeln, die mit dem Ring 18a verbunden
sind, bewegt. Die an den Armen 32 jeweils befestigten Drehschäfte 31 werden
alle zusammen im gleichen Winkel in der gleichen Richtung gedreht,
in der sich der verlängerte
Drehschaft 17a dreht. Dadurch unterliegen alle Einlassleitschaufeln 12a einer Änderung
mit gleicher Größe ihrer
Winkel.At one end of the extended turn shaft 17a that comes out of the case 42 extends out, is a radially extending arm 19a attached. At intermediate sections of the rotary shafts 31 are arms in the axial direction 20a attached, which is perpendicular to the rotary shafts 31 extend. The ends of the arms 20a are with a ring 18a over another arm 32 connected. When a compressed air power device or the like (not shown) is used to hold the arm 19a that's outside the case 42 is arranged to set in rotation, the extended rotation shaft 17a and the one with the extended turning shaft 17a connected rotation 31 turned while the arm 20a At the one with the extended turning shaft 17a connected rotation 31 attached is the ring 18a about a rotation axis of the impeller 11a rotates. When the ring 18a Turning around the axis of rotation of the wheel, who turns the arms 32 at the respective inlet guide vanes, with the ring 18a connected, moved. The on the arms 32 each attached rotary shafts 31 are all turned together at the same angle in the same direction in which the extended rotation shaft 17a rotates. As a result, all inlet guide vanes are subject 12a a change with equal size of their angles.
Die
auf diese Weise gestalteten Einlassleitschaufeln 12a werden
dazu verwendet, dass ein Arbeitsgas in das Laufrad 11a mit
einem vorgegebenen Strömungswinkel
strömen
kann. Das von dem Laufrad verdichtete Arbeitsgas strömt in die
Schnecke 102 durch den Diffusor 101. Zum Zeitpunkt
eines stationären
Betriebs, zu dem keine Durchsatzsteuerung bewirkt wird, sind die
Einlassleitschaufeln 12a voll geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt
sind die Einlassleitschaufeln 12a in Strömungsrichtung
ausgerichtet. Beim Anlauf des Verdichters werden die Einlassleitschaufeln 12a so
gedreht, dass das Arbeitsgas eine Wirbelkomponente erhält. Zu diesem
Zeitpunkt ist der Ansaugströmungskanal
verengt.The inlet guide vanes designed in this way 12a are used to make a working gas in the impeller 11a can flow at a predetermined flow angle. The compressed by the impeller working gas flows into the screw 102 through the diffuser 101 , At the time of steady-state operation, to which no flow control is effected, the inlet vanes are 12a fully open. At this time, the inlet guide vanes are 12a aligned in the flow direction. When starting the compressor, the inlet guide vanes become 12a turned so that the working gas receives a vortex component. At this time, the suction flow channel is narrowed.
Die
Einlassleitschaufeln 12a, die zum Steuern des Durchsatzes
des Zentrifugalverdichters verwendet werden, haben den Vorteil,
dass normalerweise der Wirkungsgrad an anderen Punkten als an dem
Arbeitspunkt günstig
ist und das Drehmoment beim Anlauf vergleichsweise verringert werden
kann. Die Einlassleitschaufeln 12a verursachen eine Verwirbelung
des in den Zentrifugalverdichter angesaugten Gases zusätzlich zu
der Durchsatzsteuerung. Wenn das angesaugte Gas eine Wirbelkomponente hat, ändert sich
die Arbeitsgröße des Laufrads 11a. Insbesondere
ist die Druckhöhe Δh, die dem
Arbeitsgas durch das Laufrad gegeben wird, Δh = (1/g)·(u2vu2 – u1vu1),wobei
u2 eine Umfangsgeschwindigkeit am Auslass des
Laufrads 11a, u1 eine Umfangsgeschwindigkeit am
Einlass des Laufrads 11a, vu2 eine
Umfangskomponente einer Absolutgeschwindigkeit des Arbeitsgases
am Auslass des Laufrades, vu1 eine Umfangskomponente
einer Absolutgeschwindigkeit des Arbeitsgases am Einlass des Laufrads
und g die Erdbeschleunigung ist.The inlet guide vanes 12a which are used to control the flow rate of the centrifugal compressor have the advantage that normally the efficiency at other points than at the operating point is favorable and the torque at start-up can be comparatively reduced. The inlet guide vanes 12a cause turbulence of the gas sucked into the centrifugal compressor in addition to the flow rate control. When the sucked gas has a vortex component, the working size of the impeller changes 11a , In particular, the pressure level Δh, which is given to the working gas by the impeller, Δh = (1 / g) · (u 2 v u2 - u 1 v u1 ) where u 2 is a peripheral speed at the outlet of the impeller 11a , u 1 is a peripheral speed at the inlet of the impeller 11a , v u2 is a circumferential component of an absolute velocity of the working gas at the outlet of the impeller, v u1 is a circumferential component of an absolute velocity of the working gas at the inlet of the impeller, and g is the gravitational acceleration.
Wenn
keine Einlassleitschaufeln 12a vorgesehen sind, ist die
Richtung der Absolutgeschwindigkeit des Arbeitsgases am Einlass
des Laufrades 11a radial. Dies hat zur Folge, dass vu1 = 0.If no inlet guide vanes 12a are provided, the direction of the absolute velocity of the working gas at the inlet of the impeller 11a radial. This has the consequence that v u1 = 0.
Wenn
die Einlassleitschaufeln 12a einem Gasstrom eine Verwirbelung
aufprägen,
führt vu1 ≠ 0 dazu,
dass eine Steigerung oder Verringerung des Arbeitsbetrags des Laufrads 11a möglich wird.If the inlet guide vanes 12a imposing turbulence on a gas stream, v u1 ≠ 0 causes an increase or decrease in the working amount of the impeller 11a becomes possible.
Außerdem wird
es durch den Einsatz der Einlassleitschaufeln 12a möglich, das
Drehmoment beim Anlauf zu verringern. Wenn ein Zentrifugalverdichter
durch einen Induktionsmotor angetrieben wird, der nur mit einer
festgelegten Drehzahl laufen kann, gibt es einen Fall, der das Drehmoment
beim Anlaufen des Zentrifugalverdichters infolge einer Beschränkung von
Strom und Spannung verringern muss. Beispielsweise kann es bei für chemische
Anlagen oder dergleichen verwendeten Verdichtern vorkommen, dass
die Einlassgastemperatur, der Gasdruck und die Gasdichte beim Anlauf
höher sind
als im stationären
Zustand. In diesem Fall ist es erforderlich, das Drehmoment beim
Anlauf zu verringern. Da durch Verwendung der Einlassleitschaufeln
dem Arbeitsgas eine Verwirbelung erteilt wird und die Querschnittsfläche um einen
Einlassleitschaufelabschnitt herum verringert wird, nimmt der Massendurchsatz ab,
wodurch die Belastung am Laufrad verringert wird. Dadurch kann der
Verdichter anlaufen.In addition, it is through the use of inlet guide vanes 12a possible to reduce the torque during startup. When a centrifugal compressor is driven by an induction motor that can only run at a fixed speed, there is a case that must reduce the torque at start-up of the centrifugal compressor due to a restriction of current and voltage. For example, in compressors used for chemical plants or the like, it may happen that the inlet gas temperature, the gas pressure, and the gas density at start-up are higher than at the steady state. In this case, it is necessary to reduce the torque during startup. As turbulence is imparted to the working gas by use of the inlet vanes and the cross-sectional area around an inlet vane section is reduced, the mass flow rate decreases, thereby reducing the load on the impeller. This can start the compressor.
Das
Vorsehen der Einlassleitschaufeln 12a ermöglicht es,
einen Verdichter auch dann anlaufen zu lassen, wenn die Temperatur
und der Druck eines angesaugten Gases hoch sind, der Druck am Einlass des
Laufrads jedoch kleiner als der Ansaugdruck wird. Dadurch wird zwischen
der Stromaufseite und der Stromabseite der Einlassleitschaufeln 12a eine Druckdifferenz
erzeugt, entsprechend der auf die Einlassleitschaufeln 12a eine
Belastung ausgeübt wird.
Bei Luftverdichtern für
Atmosphärendruckansaugung
ist die Druckdifferenz zwischen der Stromauf- und der Stromabseite
von Einlassleitschaufeln maximal 1 at, so dass die Belastung an
den Einlassleitschaufeln vergleichsweise gering ist. Bei Zentrifugalverdichtern,
bei denen ein Ansaugdruck das Mehrfache bis Zehnfache und mehr als
der Atmosphärendruck
beträgt,
wird jedoch ein Einlassleitschaufelabschnitt zum Zwecke des Anlaufs
mit der Folge verengt, dass die Druckdifferenz zwischen der Stromauf-
und Stromabseite der Einlassleitschaufeln groß wird, so dass die Belastung
auf die Einlassleitschaufeln stark erhöht wird.The provision of inlet guide vanes 12a makes it possible to start a compressor even when the temperature and the pressure of a suctioned gas are high, but the pressure at the inlet of the impeller becomes smaller than the suction pressure. Thereby, between the upstream side and the downstream side of the inlet guide vanes 12a produces a pressure difference corresponding to that on the inlet guide vanes 12a a burden is exercised. In atmospheric pressure air compressor, the pressure difference between the upstream and downstream sides of inlet guide vanes is at most 1 at, so that the load on the inlet guide vanes is comparatively small. However, in centrifugal compressors in which a suction pressure is several times to ten times and more than the atmospheric pressure, an inlet guide vane portion is narrowed for the purpose of start-up with the result that the pressure difference between the upstream and downstream side of the inlet guide vanes becomes large, so that the load is increased the inlet guide vanes is greatly increased.
Anstatt
dass der Auslasszylinder 14a und der Innenzylinder 13a eine
Zylinderform mit einem fixen Radius annehmen, werden bei der vorliegenden
Ausführungsform
sowohl der Außenzylinder 14a als
auch der Innenzylinder 13a im Durchmesser um die Einlassleitschaufeln 12a herum
größer als
in anderen Bereichen gemacht. Zusammen damit wird bei dem Außenzylinder 14a und
dem Innenzylinder 13a der Außendurchmesser in einem Bereich
leicht verringert, der von dem Bereich mit großem Durchmesser zum Einlass
des Laufrads verläuft.
Verglichen mit dem Fall, in welchem der Außenzylinder 14a und
der Innenzylinder 13a einen fixen Radius in Strömungsrichtung
haben, wird eine Querschnittsfläche
des Strömungskanals
bei der vorliegenden Ausführungsform
vergrößert, bei
welcher der Außenzylinder 14a eine
Querschnittsfläche
des Strömungskanals
vergrößert und
der Innenzylinder 13a die Querschnittsfläche des
Strömungskanals
verringert.Instead of the exhaust cylinder 14a and the inner cylinder 13a assume a cylinder shape with a fixed radius, in the present embodiment, both the outer cylinder 14a as well as the inner cylinder 13a in diameter around the inlet guide vanes 12a made bigger than in other areas. Together with it is at the outer cylinder 14a and the inner cylinder 13a the outer diameter slightly decreases in a range extending from the large-diameter portion to the inlet of the impeller. Compared with the case where the outer cylinder 14a and the inner cylinder 13a Having a fixed radius in the flow direction, a cross-sectional area of the flow channel is increased in the present embodiment, in which the outer cylinder 14a a cross-sectional area of the flow channel increases and the inner cylinder 13a reduces the cross-sectional area of the flow channel.
Wenn
die Querschnittsform des Querschnittskanals mit der vorstehenden
Technik geändert
wird, kann außerdem
die Zunahme des Durchmessers des Außenzylinders 14a kleiner
als die des Innenzylinders 13a gemacht werden. Beispielsweise soll
der Fall betrachtet werden, in welchem ein Innendurchmesser d und
ein Außendurchmesser
D des Strömungskanals
ohne Veränderung
der Querschnittsfläche
S des Strömungskanals
geändert
werden. Wenn der Index 1 und der Index 2 die Zustände vor
bzw. nach der Änderung
bezeichnen, gilt S = π(D1 2 – d1 2)/4 = π(D2 2 – d2 2)/4,so dass
eine Differenz Δ zwischen
dem Innen- und Außendurchmesser
dazu führt,
dass Δ2 < Δ1,
wenn D2 > D1 wird. Dementsprechend ist es möglich, eine radiale
Länge L
der Einlassleitschaufeln 12a zu verkürzen, die sich durch Subtrahieren
des Innendurchmessers des Innenzylinders 13a vom Innendurchmesser
des Außenzylinders 14a ergibt.
Wenn die radiale Länge
L der Einlassleitschaufeln 12a verkürzt wird, kann die Festigkeit
der Einlassleitschaufeln 12a in dem Bereich eingestellt
werden, in welchem sie eine Druckdifferenz zwischen der Stromauf-
und Stromabseite der Einlassleitschaufeln 12a aushalten können, die
beim Anlauf des Verdichters erforderlich ist. Dies hat folgenden
Grund.In addition, when the cross-sectional shape of the cross-sectional channel is changed with the above technique, the increase in the diameter of the outer cylinder 14a smaller than that of the inner cylinder 13a be made. For example, consider the case where an inner diameter d and an outer diameter D of the flow passage are changed without changing the cross-sectional area S of the flow passage. If the index 1 and the index 2 indicate the states before and after the change, respectively S = π (D 1 2 - d 1 2 ) / 4 = π (D 2 2 - d 2 2 ) / 4, so that a difference Δ between the inner and outer diameters results in Δ 2 <Δ 1 if D 2> D 1. Accordingly, it is possible to have a radial length L of the inlet guide vanes 12a shorten by subtracting the inner diameter of the inner cylinder 13a from the inner diameter of the outer cylinder 14a results. When the radial length L of the inlet guide vanes 12a can be shortened, the strength of the inlet guide vanes 12a be set in the range in which they a pressure difference between the upstream and downstream side of the inlet guide vanes 12a can withstand that required when starting the compressor is. This has the following reason.
Diejenigen
Abschnitte der Einlassleitschaufelns 12a, an denen eine
maximale Beanspruchung erzeugt wird, sind die Fußabschnitte der Einlassleitschaufeln 12a.
Die maximale Biegespannung in diesen Abschnitten ist proportional
zu der radialen Länge
L der Einlassleitschaufeln 12a in der dritten Potenz und
umgekehrt proportional zur Dicke der Einlassleitschaufeln in der
dritten Potenz. Wenn die Dicke der Einlassleitschaufeln 12a erhöht wird,
wird eine in den Verdichter gesaugte Strömung turbulent, so dass ein
in das Laufrad 11a eintretender Strom ungleichförmig ist.
Anstelle einer Erhöhung
der Dicke der Einlassleitschaufeln 12a wird hier die radiale
Länge L
der Einlassleitschaufeln 12a verkürzt. Wenn die radiale Länge L der
Ein lassleitschaufeln 12a verkürzt wird, wird auch ein Effekt
erzeugt, dass die Eigenfrequenz der Einlassleitschaufeln 12a zunimmt,
da die Eigenfrequenz der Einlassleitschaufeln 12a umgekehrt
proportional zur radialen Länge
L in der zweiten Potenz ist.Those sections of inlet guide vanes 12a where maximum stress is generated are the foot sections of the inlet guide vanes 12a , The maximum bending stress in these sections is proportional to the radial length L of the inlet guide vanes 12a in the third power and inversely proportional to the thickness of the inlet guide vanes in the cube. If the thickness of the inlet guide vanes 12a is increased, a flow sucked into the compressor becomes turbulent, so that one in the impeller 11a incoming stream is non-uniform. Instead of increasing the thickness of the inlet guide vanes 12a here becomes the radial length L of the inlet guide vanes 12a shortened. When the radial length L of the inlet guide vanes 12a is shortened, an effect is also generated that the natural frequency of the inlet guide vanes 12a increases because the natural frequency of the inlet guide vanes 12a is inversely proportional to the radial length L in the second power.
Ein
weiteres Beispiel eines Zentrifugalverdichters wird unter Bezug
auf den in 3 gezeigten Längsschnitt
beschrieben. Dieser Zentrifugalverdichter eignet sich für den Fall,
dass die Druckdifferenz zwischen der Vorder- und Rückseite
der Einlassleitschaufeln größer als
bei der in 1 gezeigten Ausführungsform
ist. Das bedeutet, dass die vorliegende Erfindung auf den Fall angewendet
wird, in welchem bei nur einer Änderung
des Verhältnisses
von Innen- und Außendurchmesser
eines Strömungskanals
in einem Einlassleitschaufelabschnitt befürchtet werden muss, dass die
auf die Einlassleitschaufeln wirkende Biegespannung so gesteigert
wird, dass die Einlassleitschaufeln nicht in der Lage sind, die
Druckdifferenz auszuhalten.Another example of a centrifugal compressor will be described with reference to FIG 3 shown longitudinal section described. This centrifugal compressor is suitable in the event that the pressure difference between the front and back of the inlet guide vanes is greater than in the 1 shown embodiment. That is, the present invention is applied to the case in which, with only a change in the ratio of inner and outer diameters of a flow passage in an inlet guide vane portion, it is feared that the bending stress acting on the inlet guide vanes will be increased so that the inlet guide vanes will not are able to withstand the pressure difference.
Statt
einer Änderung
der Form des Ansaugströmungskanals
eines Laufrads werden in diesem Fall die Einlassleitschaufeln radial
in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt. Ferner werden Abschnitte, die
mit einer Stromabseite von einer Stromaufseite aus in Verbindung
stehen, in Teilen eines Querschnitts senkrecht zur Achse des Ansaugströmungskanals
und in der Nähe
von durch die geteilten Einlassleitschaufeln ausgeschnittenen Punkten
der Einlassleitschaufeln gebildet. Dadurch kann eine erforderliche
Druckdifferenz zwischen der Vorderseite und Rückseite der Einlassleitschaufeln
beim Anlauf erzeugt werden, und die Festigkeit der Einlassleitschaufeln
kann die Druckdifferenz aushalten.Instead of
a change
the shape of the Ansaugströmungskanals
an impeller in this case, the inlet guide vanes are radial
divided into a variety of sections. Furthermore, sections that
communicates with a downstream side from an upstream side
in parts of a cross-section perpendicular to the axis of the Ansaugströmungskanals
and nearby
of points cut out by the divided inlet guide vanes
the inlet guide vanes formed. This can be a required
Pressure difference between the front and back of the inlet guide vanes
generated at startup, and the strength of the inlet guide vanes
can withstand the pressure difference.
Die
geteilten Leitschaufeln 12c werden an der Innendurchmesserseite
der Einlassleitschaufeln 12b angeordnet. Wenn die Einlassleitschaufeln 12b und
die geteilten Leitschaufeln 12c in Deckung zueinander angeordnet
sind, wird ein Vorsprung in einer Richtung senkrecht zu einer Achse
sektorförmig. Zum
Zeitpunkt des stationären
Betriebs sind die Einlassleitschaufeln 12b und die geteilten
Leitschaufeln 12c so angeordnet, dass sie sich längs der
Strömungsrichtung
Fin, wie in 4 gezeigt,
erstrecken. Beim Anlauf werden die Einlassleitschaufeln 12b zu einem
Winkel gedreht, in welchem der Ansaugströmungskanal geschlossen ist.
Die geteilten Leitschaufeln 12c werden jedoch zu einem
anderen Winkel von dem Winkel aus gedreht, zu dem die Einlassleitschaufeln 12b gedreht
sind.The split vanes 12c become on the inner diameter side of the inlet guide vanes 12b arranged. If the inlet guide vanes 12b and the split vanes 12c are arranged in coincidence with each other, a projection in a direction perpendicular to an axis sector-shaped. At the time of steady state operation, the inlet vanes are 12b and the split vanes 12c arranged so that they are along the flow direction F in , as in 4 shown, extend. At startup, the inlet guide vanes become 12b rotated to an angle in which the Ansaugströmungskanal is closed. The split vanes 12c however, are rotated to another angle from the angle to which the inlet guide vanes 12b are turned.
Die
geteilten Leitschaufeln 12c sind hier an dem inneren Zylinder 13b angebracht.
Um einen Kolben 23 in dem Innenzylinder 13b sind
Drehschäfte 26 angeordnet,
die sich in eine Richtung senkrecht zum Drehschaft 100a des
Laufrads 11a erstrecken. An den Drehschäften 26 sind Ritzel 27 angebracht.
Die Mittenpositionen der Drehschäfte 26 in
Strömungsrichtung
entsprechen den Mittenpositionen der Einlassleitschaufeln 12b in
Strömungsrichtung.
An dem Kolben 23 sind Zahnstangen 28 angebracht,
die für ein
Kämmen
mit den Ritzeln 27 angepasst sind. In einer Hülse 25,
die in dem Innenzylinder 13b angeordnet ist, ist ein Ende
des Kolbens 23 zu dem Laufrad 11a hin eingepasst.
Ein Ende des Kolbens 23 auf der Ansaugseite wird an dem
Innenzylinder durch eine Feder 24 gehalten. In einer Wand
des Innenzylinders 13b in einer Position jenseits der Hülse 25 zum
Laufrad 11a hin ist ein Loch 21 ausgebildet, das
für eine Verbindung
zwischen dem Ansaugströmungskanal und
einem Innenraum des Innenzylinders 13b sorgt. Gleichermaßen ist
in der Wand des Innenzylinders 13b an einer Position, die
der Feder 24 entspricht, ein weiteres Loch 22 ausgebildet,
das für
eine Verbindung zwischen dem Ansaugströmungskanal und dem Innenraum
des Innenzylinders sorgt. Diese Löcher 21, 22 sind
auf der Stromauf- und Stromabseite in der Strömungsrichtung bezüglich der
unterteilten Leitschaufeln 12c ausgebildet. An den inneren
Umfangsflächen
der Einlassleitschaufeln 12b sind Zentralschwenklager ausgebildet,
während
an den äußeren Umfangsflächen der
geteilten Leitschaufeln 12c Schwenkzapfen ausgebildet sind,
die in die Schwenklager einpassbar sind.The split vanes 12c are here on the inner cylinder 13b appropriate. To a piston 23 in the inner cylinder 13b are turning shafts 26 arranged in a direction perpendicular to the rotating shaft 100a of the impeller 11a extend. At the turnstiles 26 are pinions 27 appropriate. The center positions of the rotary shafts 26 in the flow direction correspond to the center positions of the inlet guide vanes 12b in the flow direction. On the piston 23 are racks 28 appropriate for combing with the pinions 27 are adjusted. In a pod 25 that in the inner cylinder 13b is arranged, is one end of the piston 23 to the wheel 11a fitted in. One end of the piston 23 on the suction side is on the inner cylinder by a spring 24 held. In a wall of the inner cylinder 13b in a position beyond the sleeve 25 to the wheel 11a there is a hole 21 designed for a connection between the Ansaugströmungskanal and an inner space of the inner cylinder 13b provides. Similarly, in the wall of the inner cylinder 13b at a position that of the spring 24 corresponds, another hole 22 formed, which provides a connection between the Ansaugströmungskanal and the interior of the inner cylinder. These holes 21 . 22 are on the upstream and downstream sides in the flow direction with respect to the divided vanes 12c educated. On the inner peripheral surfaces of the inlet guide vanes 12b Central pivot bearings are formed, while on the outer peripheral surfaces of the divided vanes 12c Pivot pins are formed which can be fitted in the pivot bearings.
Der
Druck eines Gases in dem Ansaugströmungskanal stromauf von den
Einlassleitschaufeln 12b wird an den Kolben 23 durch
das Loch 22 angelegt. Der Druck des Gases in dem Ansaugströmungskanal
stromab von den Einlassleitschaufeln 12b wird an den Kolben 23 durch
das Loch 21 angelegt. Zwischen dem Kolben 23 und
der Hülse 25 ist
eine Dichtung vorgesehen, um ein Gehen und Kommen des Arbeitsgases
zu verhindern. Wenn die Druckdifferenz zwischen den Gasdrucken auf
der Stromauf- und Stromabseite der Einlassleitschaufeln 12b klein
ist, wirkt die am Kolben 23 wirkende Kraft der Feder 24 auf
die Zahnstangen 28 ein und bewegt die Zahnstangen 28 zum
Laufrad 11a hin. Wenn die Zahnstangen 28 bewegt
werden, werden die damit kämmenden
Ritzel 27 so gedreht, dass sie die geteilten Leitschaufeln 12c gegen
die Einlassleitschaufeln 12b drücken. D.h., dass zum Zeitpunkt
des stationären Betriebs
des Verdichters die Einlassleitschaufeln 12b und die geteilten
Leitschaufeln 12c in einen zusammengefügten Zustand versetzt sind
und die Einlassleitschaufeln 12b und die geteilten Leitschaufeln 12c in
der gleichen Richtung gedreht werden.The pressure of a gas in the intake flow passage upstream of the inlet guide vanes 12b gets to the piston 23 through the hole 22 created. The pressure of the gas in the intake flow passage downstream of the inlet guide vanes 12b gets to the piston 23 through the hole 21 created. Between the piston 23 and the sleeve 25 a seal is provided to prevent the working gas from going and coming. When the pressure difference between the gas pressures on the upstream and downstream side of the inlet guide vanes 12b is small, the acts on the piston 23 acting force of the spring 24 on the racks 28 and moves the racks 28 to the wheel 11a out. If the racks 28 be moved, the käm be endpinion 27 so turned that they split the vanes 12c against the inlet guide vanes 12b to press. That is, at the time of stationary operation of the compressor, the inlet guide vanes 12b and the split vanes 12c are placed in an assembled state and the inlet guide vanes 12b and the split vanes 12c be turned in the same direction.
Beim
Anlauf des Verdichters werden die Einlassleitschaufeln 12b,
wie in 5 gezeigt, gedreht, um den Ansaugströmungskanal
abzusperren. Wenn der Ansaugströmungskanal
abgesperrt ist, wird eine Druckdifferenz zwischen der Stromauf-
und der Stromabseite der Einlassleitschaufeln 12b erzeugt. Das
in die Löcher 22 und 21 strömende Arbeitsgas erzeugt
eine der Druckdifferenz entsprechende Kraft zum Bewegen des Kolbens 23 gegen
die Kraft der Feder 24. Die an dem Kolben 23 angebrachten
Zahnstangen 28 werden so bewegt, dass sie die Ritzel 27 so
drehen, dass die geteilten Leitschaufeln 12c von den Einlassleitschaufeln 12b getrennt
werden. Als Folge wird der Ansaugströmungskanal von dem Absperrzustand
in einen Zustand versetzt, in welchem geringe Öffnungen vorhanden sind. Wenn
die Öffnungen
in dem Ansaugströmungskanal
gebildet werden, nimmt die Druckdifferenz zwischen den Drucken des
Arbeitsgases auf der Stromauf- und Stromabseite der Einlassleitschaufeln 12b ab
und die auf die Einlassleitschaufeln 12b wirkende Biegespannung wird
verringert. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es erforderlich,
die Federkraft der Feder 24, die mit dem Kolben 23 verbunden
ist, geeignet einzustellen. Die Einstellung erfolgt so, dass die
Federkraft der Feder 24 den Kolben bewegt, wenn eine Druckdifferenz
zwischen der Stromaufseite und der Stromabseite der Einlassleitschaufeln 12b die
Druckdifferenz überschreitet,
bei der der Verdichter anlaufen gelassen werden kann.When starting the compressor, the inlet guide vanes become 12b , as in 5 shown rotated to shut off the intake flow passage. When the suction flow passage is shut off, a pressure difference between the upstream and downstream sides of the inlet guide vanes becomes 12b generated. That in the holes 22 and 21 flowing working gas generates a force corresponding to the pressure difference for moving the piston 23 against the force of the spring 24 , The on the piston 23 attached racks 28 are moved so that they are the pinions 27 so turn that split vanes 12c from the inlet guide vanes 12b be separated. As a result, the suction flow passage is shifted from the shut-off state to a state in which small openings are present. When the openings are formed in the suction flow passage, the pressure difference between the pressures of the working gas on the upstream and downstream sides of the inlet guide vanes decreases 12b off and on the inlet guide vanes 12b acting bending stress is reduced. In the present embodiment, the spring force of the spring is required 24 that with the piston 23 is connected appropriately. The adjustment is made so that the spring force of the spring 24 moves the piston when a pressure difference between the upstream side and the downstream side of the inlet guide vanes 12b exceeds the pressure difference at which the compressor can be started.
Da
die von dem Druck des auf die Einlassleitschaufeln wirkenden Arbeitsgases
verursachte Biegespannung verringert ist, kann die Betriebssicherheit
des Zentrifugalverdichters auch dann verbessert werden, wenn der
Ansaugdruck hoch ist. Ferner ist es möglich, ein Pumpen des Zentrifugalverdichters zu
vermeiden.There
that of the pressure of the working gas acting on the inlet guide vanes
caused bending stress is reduced, the operational safety
of the centrifugal compressor can be improved even if the
Suction pressure is high. Further, it is possible to pump the centrifugal compressor
avoid.