DE60316243T2 - Centrifugal compressor with inlet guide vanes - Google Patents

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Description

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 21 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.

Claims (3)

Zentrifugalverdichter – mit einem Zentrifugallaufrad (11a) das auf einer Welle (100a) montiert ist, die mit einer Antriebsmaschine verbunden ist, – mit einem Außenzylinder (14a), der einen zylinderförmigen Ansaugströmungskanal auf einer Ansaugseite des Laufrades (11a) bildet, – mit einem Innenzylinder (13a), der radial zentral in dem Ansaugströmungskanal angeordnet ist, und – mit einer Vielzahl von Einlassleitschaufeln (12a), die in Umfangsrichtung zwischen dem Innenzylinder (13a) und dem Außenzylinder (14a) an einer Position angeordnet sind, die einem Zwischenabschnitt des Innenzylinders (13a) entspricht, – wobei der Innendurchmesser des Außenzylinders (14a) und der Außendurchmesser des Innenzylinders (13a) um die Vielzahl von Einlassleitschaufeln (12a) herum größer als in anderen Bereichen sind und zum Einlass des Zentrifugallaufrads (11a) hin abnehmen, und – wobei die Vielzahl von Einlassleitschaufeln (12a) Drehachsen (31) aufweist, die an ihren Fußseiten vorgesehen sind.Centrifugal compressor - with a centrifugal impeller ( 11a ) that on a wave ( 100a ) is mounted, which is connected to a drive machine, - with an outer cylinder ( 14a ) having a cylindrical Ansaugströmungskanal on a suction side of the impeller ( 11a ), - with an inner cylinder ( 13a ) disposed radially centrally in the suction flow channel, and with a plurality of inlet guide vanes (US Pat. 12a ), which in the circumferential direction between the inner cylinder ( 13a ) and the outer cylinder ( 14a ) are arranged at a position which an intermediate portion of the inner cylinder ( 13a ), - wherein the inner diameter of the outer cylinder ( 14a ) and the outer diameter of the inner cylinder ( 13a ) around the plurality of inlet guide vanes ( 12a ) are larger than in other areas and to the inlet of the centrifugal impeller ( 11a ), and - wherein the plurality of inlet guide vanes ( 12a ) Rotary axes ( 31 ), which are provided on their sides. Zentrifugalverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Ansaugströmungskanals senkrecht zur Achse des Ansaugströmungskanals in dem Bereich, in welchem die Einlassleitschaufeln (12a) angeordnet sind, größer ist als die des Einlasses des Laufrads (11a).Centrifugal compressor according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the Ansaugströmungskanals perpendicular to the axis of Ansaugströmungskanals in the region in which the inlet guide vanes ( 12a ) is greater than that of the inlet of the impeller ( 11a ). Zentrifugalverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des in den Zentrifugalverdichter gesaugten Arbeitsgases wenigstens 1 MPa beträgt.Centrifugal compressor according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the pressure of the centrifugal compressor sucked working gas is at least 1 MPa.
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