DE69021938T2

DE69021938T2 - Diffusor eines Kreiselverdichters.

Info

Publication number: DE69021938T2
Application number: DE69021938T
Authority: DE
Inventors: Yasunori Adachi
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1989-06-13
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2010-06-13
Also published as: CN1048251A; EP0402870B1; DE69021938D1; US5143514A; ES2078268T3; EP0402870A1; JPH0315700A; KR910001265A; KR0118863B1; JP2751418B2; CN1021591C

Description

Die Erfindung betrifft einen Diffusor für einen Kreiselverdichter, der in einem Turbokühlapparat, einem Luftverdichter, einer Vorrichtung zur Zuführung von Erdgas unter Druck oder dergleichen verwendet wird.
Ein Kreiselverdichter umfaßt im allgemeinen einen Diffusor, um die Geschwindigkeit eines Fluids zu verringern, der abstromseitig von der Auslaßseite eines Flügelrads angeordnet ist, um die dynamische Energie in einen statischen Druck umzuwandeln, und eine Spirale, die mit dem Diffusor verbunden angeordnet ist. Der Diffusor ist im allgemeinen von einem Paar von parallelen Seitenwänden gebildet.
Die britische Patentschrift GB-A-1 153 345 zeigt eine Fluiddiffusoreinheit eines Verdichters, der zur Bildung des Oberbegriffs des vorliegenden Patentanspruchs 1 verwendet wurde. Der Diffusor umfaßt einen Einlaßbereich, einen Auslaßpassagenbereich, der in Strömungsrichtung stromabwärts allmählich verengt ist, und einen Zwischenbereich. Der Einlaßbereich hat eine konvergierende Wand, um eine Wirbelströmung zu verringern, gefolgt von dein Zwischenbereich, der einen divergierenden Abschnitt hat. Der Auslaßpassagenbereich hat eine Konfiguration, durch die ein Zustand der unmittelbar bevorstehenden Grenzschichtablösung erhalten wird.
Um den Wirkungsgrad des Diffusors in einem Fliehkraftverdichter zu verbessern, ist ein Diffusor bekannt, bei dem die Breite des Einlaßbereichs enger wird (nichtgeprüfte JP- Patentveröffentlichung 156299/1980). Eine solche Anordnung wird vorgeschlagen, um zu verhindern, daß das Fluid an dem Diffusoreinlaßbereich in Gegenrichtung strömt, um so die Verluste zu verringern, die durch etwaige Fluidwirbel entstehen.
Auch wenn die Breite des Einlaßbereichs verengt ist, kann die Strömungsablösung nur in begrenztem Umfang gehemmt werden, und es kann nur ein Teil der Strömung arrangiert werden. Insbesondere dann, wenn die Breite des Einlaßbereichs zu stark verengt ist, geht die Konformität zwischen Flügelrad und Diffusor verloren, so daß die Verluste erhöht werden. Dadurch können sich nicht nur Einschränkungen in bezug auf Verbesserungen des Teillastwirkungsgrads einstellen, sondern es kann außerdem eine Verringerung sowohl des Nennwirkungsgrads als auch des maximalen Volumenstroms induziert werden. Aber auch dann, wenn die Breite des Einlaßbereichs verengt ist, kann die Stoßlinie nicht höher gemacht werden.
Im Hinblick auf die obigen Ausführungen hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen Diffusor für einen Kreiselverdichter bereitzustellen, der fähig ist, einen guten Durchfluß eines Fluids zu ermöglichen, den Nennwirkungsgrad und den Teillastwirkungsgrad über einen weiten Bereich zu verbessern und die Stoßlinie höherzulegen.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Diffusor gemäß der Definition in Anspruch 1 bereitgestellt. Der Diffusor weist einen Auslaßdrosselbereich auf, dessen Passagenbreite stromabwärts von einem Ausgangspunkt aus allmählich verengt ist, wobei der dynamische Druck des Fluids nahezu perfekt in einen statischen Druck umgewandelt wird.
Bevorzugt weist der Diffusor eine bewegliche Seitenwand auf, um die Passagenbreite einzustellen, die an wenigstens demjenigen Bereich von einer der beiden Seitenwände angeordnet ist, die den Auslaßdrosselbereich bilden, und der Diffusor weist außerdem eine Betätigungseinrichtung für die bewegliche Seitenwand auf, um die bewegliche Seitenwand in Abhängigkeit von einer Last zu bewegen. In diesem Fall ist die Betätigungseinrichtung für die bewegliche Seitenwand bevorzugt ausgebildet, um die bewegliche Seitenwand so zu bewegen, daß die Passagenbreite verengt wird, wenn der Flügelöffnungsgrad klein wird.
Bevorzugt umfaßt die Betätigungseinrichtung für die bewegliche Seitenwand eine Antriebswelle zum drehenden Antrieb eines Flügels, der zur Steuerung des Volumenstroms eines von dem Laufrad angesaugten Fluids angeordnet ist, eine Exzenternocke, die integral mit der Antriebswelle drehbar ist, und eine Stange, um die bewegliche Seitenwand in einer solchen Richtung zu bewegen, daß die Passagenbreite verengt wird, wenn die Exzenternocke gegen die Stange gedrückt wird.
Bei dem Diffusor für einen Fliehkraftverdichter, der wie oben erläutert aufgebaut ist, ist der Auslaßdrosselbereich an dem Auslaßbereich ausgebildet, an dem die Umwandlung in statischen Druck nahezu beendet ist. Dadurch werden etwaige Druckverluste minimiert. Außerdem wird dadurch die Strömungsablösung gehemmt, und es wird verhindert, daß das Fluid in Gegenrichtung aus der Spirale strömt.
Um die Stoßlinie zu erhöhen und den Teillastwirkungsgrad zu verbessern, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die kleinste Passagenbreite des Auslaßdrosselbereichs in dem Bereich mit 3/8 bis 3/4 der Passagenbreite aufstromseitig von dem Auslaßdrosselbereich vorzugeben.
Um die Stoßlinie höherzulegen und den Teillastwirkungsgrad zu verbessern, ist es ferner vorteilhaft, daß der Ausgangspunkt, von dem aus der Auslaßdrosselbereich gedrosselt ist, zwischen 70 % und 90 % der Passage des Diffusors positioniert ist.
Wenn ferner der Diffusor an seinem Einlaßbereich mit einem Einlaßdrosselbereich versehen ist, dessen kleinste Passagenbreite 75 % oder mehr und 95 % oder weniger der Auslaßbreite des Laufrads nach Maßgabe eines Nennvolumenstroms ist, ist es möglich, die Unstetigkeit und die Neigung der Strömung am Diffusoreinlaßbereich zu verringern. Eine solche Ausführungsform wird also nicht nur bevorzugt, um den allgemeinen Wirkungsgrad einschließlich des Nennwirkungsgrads und des Teillastwirkungsgrads zu verbessern, sondern auch, um den Stoßspielraum zu vergrößern. Außerdem besteht keine Gefahr, daß der maximale Volumenstrom vermindert wird.
Wenn die Spirale so angeordnet ist, daß sie zu einer Seitenwand des Diffusors hin vorgespannt ist, und der Auslaßdrosselbereich gebildet ist, indem die eine Seitenwand zu der Passage schräggestellt ist, verhindert eine solche Ausführungsform wirkungsvoll eine Umkehrströmung des Fluids aus der Spirale. Somit kann der Wirkungsgrad weiter verbessert werden.
Bei der Ausführungsform, die die bewegliche Seitenwand aufweist, ist die Betätigungseinrichtung so ausgebildet, daß sie die bewegliche Seitenwand nach Maßgabe der Last bewegt und so die Passagenbreite auf einen Optimalwert einstellt. Somit kann der Wirkungsgrad ungeachtet der Größe der Last verbessert werden, was zu einer Energieeinsparung führt. Wenn in diesem Fall die Betätigungseinrichtung für die bewegliche Wand so ausgebildet ist, daß sie die bewegliche Seitenwand so bewegt, daß die Passagenbreite verengt wird, wenn der Flügelöffnungsgrad klein wird, kann die Passagenbreite nach Maßgabe von Laständerungen rasch verstellt werden.
Wenn die Betätigungseinrichtung für die bewegliche Seitenwand die Antriebswelle für den Drehantrieb des Flügels, die Exzenternocke, die integral mit der Antriebswelle drehbar ist, und die Stange zum Bewegen der beweglichen Seitenwand aufweist, kann das nachstehende Resultat erhalten werden. Wenn der Flügel von der Antriebswelle drehangetrieben wird, um den Flügelöffnungsgrad zu verkleinern, um den Volumenstrom eines von dem Laufrad angesaugten Fluids zu verringern, so veranlaßt die Exzenternocke, die mit der Drehung der Antriebswelle gedreht wird, die Stange, die bewegliche Seitenwand zu verschieben und zu bewegen, so daß dadurch die Passagenbreite verengt wird.
Wenn der Flügel von der Antriebswelle drehangetrieben wird, um den Volumenstrom des von dem Laufrad angesaugten Fluids zu erhöhen, ermöglicht die Exzenternocke, die mit der Drehung der Antriebswelle gedreht wird, das Zurückziehen der Stange. Somit bewirkt der Druck im Diffusor, daß die bewegliche Seitenwand in einer Richtung bewegt wird, um die Passagenbreite zu erweitern. Zur Verbesserung des Diffusorwirkungsgrads erfolgt die Einstellung der Passagenbreite nach Maßgabe einer Last auf mechanische Weise. Das führt zu einem zuverlässigen Betrieb und macht die Konstruktion einfach, so daß die Herstellungskosten verringert werden. Außerdem kann der Drosselungsgrad der Passagenbreite nach Maßgabe des Flügelöffnungsgrads ohne weiteres durch Ändern der Gestalt der Exzenternocke eingestellt werden.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht von Hauptbereichen eines Kreiselverdichters mit einer Ausführungsform eines Diffusors gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Diffusors entsprechend der Ausführungsform von Fig. 1;
Fig. 3 zeigt die Druckverteilung an verschiedenen Bauelementen eines Kreiselverdichters;
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht von Bereichen eines Kreiselverdichters mit einer anderen Ausführungsform des Diffusors gemäß der Erfindung;
Fig. 5(a) und (b) sind schematische Ansichten, die die Funktion einer Exzenternocke veranschaulichen;
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht von Bereichen eines Kreiselverdichters mit einer weiteren Ausführungsform des Diffusors gemäß der Erfindung;
Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Volumenstromverhältnis und dem Wirkungsgrad;
Fig. 8 zeigt eine Verdichtungsstoßlinie;
Fig. 9 zeigt einen Teillastwirkungsgrad;
Fig. 10 zeigt eine Verdichtungsstoßlinie;
Fig. 11 zeigt einen Teillastwirkungsgrad;
Fig. 12 zeigt den maximalen Wirkungsgrad;
Fig. 13 zeigt eine Verdichtungsstoßlinie; und
Fig. 14 zeigt einen Teillastwirkungsgrad.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die nachstehende Beschreibung erörtert im einzelnen die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die Ausführungsformen davon zeigen.
In Fig. 1 ist ein Diffusor A von einem Paar von Seitenwänden 2 und 3 gebildet, die in der Ausströmrichtung eines Flügelrads 1 verlaufen. Eine Spirale 4 ist mit dem Diffusor A verbunden angeordnet. Die Spirale 4 ist so ausgebildet, daß sie zu einer Seitenwand 2 hin vorgespannt ist.
Der Diffusor A besteht aus einem Einlaßbereich 5, einem Zwischenbereich 6 und einem Auslaßbereich 7, die unterschiedliche Gestalt haben und hintereinander in der Richtung von der Aufstrom- zur Abstromseite angeordnet sind.
In Fig. 2 ist ein Einlaßdrosselbereich 5a an dem Einlaßbereich 5 ausgebildet, indem beide Seitenwände 2 und 3 nach innen geneigt sind, um abstromseitig die Breite der zwischen ihnen gebildeten Passage zu verengen. In dem Zwischenbereich 6 sind die Seitenwände 2 und 3 parallel zueinander, und die Passagenbreite t2 ist dort konstant. Die kleinste Passagenbreite des Einlaßdrosselbereichs 5a (die gleich der Passagenbreite t2 des Zwischenbereichs 6 ist), ist mit 75 % oder mehr und 95 % oder weniger der Auslaßbreite t1 des Flügelrads 1 vorgegeben. Das Drosselverhältnis des Einlaßdrosselbereichs 5a liegt in dem gleichen Bereich von 70 % bis 95 %.
Der Durchmesser D2 eines konisch zulaufenden Endes 5c des Einlaßdrosselbereichs 5a ist bevorzugt ungefähr mit dem 1,05- bis 1,2fachen des Auslaßdurchmessers D1 des Flügelrads 1 vorgegeben. Die Neigungswinkel der Seitenwände 2, 3 an dem Einlaßdrosselbereich 5a sind bevorzugt mit ca. 15º bis ca. 30º vorgegeben.
Der Diffusor A ist an seinem Auslaßbereich 7 mit einem Auslaßdrosselbereich 7a ausgebildet, der durch allmähliches Verengen der Passagenbreite abstromseitig von einem Ausgangspunkt 10 gebildet ist. Die Passagenbreite des Auslaßdrosselbereichs 7a ist verengt, indem die Seitenwand 2, zu der die Spirale 4 hin vorgespannt ist, in Richtung zu der Passage geneigt ist.
Der Ausgangspunkt 10 befindet sich in derjenigen Position in der Nähe des Auslaßbereichs 7 des Diffusors A, wo der dynamische Druck eines Fluids nahezu perfekt in einen statischen Druck umgewandelt wird, d. h. in der Nähe eines Punkts r in Fig. 3, die zeigt, wie der statische Druck von der Aufstromseite zur Abstromseite geändert wird. Wenn der Durchmesser des Flügelrads 1, die Gesamtlänge des Diffusors und dergleichen berücksichtigt werden, liegt der Ausgangspunkt 10 bevorzugt in einer Position, die von einem Einlaß 5b um eine Strecke getrennt ist, die ca. 70 bis 90 % der Passagenlänge des Diffusors entspricht. Es ist erforderlich, daß die Position des Ausgangspunkts 10 in Richtung zu der Spirale 4 (d. h. nach oben in Fig. 1) verlagert wird, wenn die Nenndruckhöhe hoch ist.
Der Verjüngungswinkel an dem Auslaßdrosselbereich 7a ist mit 15º oder größer und 25º oder kleiner vorgegeben. Die kleinste Passagenbreite t3 an dem Auslaßdrosselbereich 7a ist mit 3/8 oder größer und 3/4 oder kleiner der Passagenbreite t2 des Zwischenbereichs 6 vorgegeben. An dem Auslaßdrosselbereich 7a ist die Seitenwand 2 so angeordnet, daß sie in die Nähe des Durchmessermittelpunkts der Spirale 4 vorspringt. Ein Auslaß 7b ist nicht scharfkantig, sondern abgeschrägt. Diese abgeschrägte Fläche kann entweder parallel mit der Seitenwand 3 oder rund sein.
Bei dieser Ausführungsform ist der Auslaßdrosselbereich 7a vorgesehen, dessen Passagenbreite ausgehend von dem Ausgangspunkt 10 verengt ist, der in einer Position nahe dem Auslaßbereich 7 liegt, wo der statische Druck nahezu perfekt umgewandelt ist, d. h. in der Nähe des Punkts r in Fig. 3 liegt. Daher kann dieser Auslaßdrosselbereich 7a nicht nur die Strömungsablösung hemmen, sondern auch den statischen Druck erhöhen und verhindern, daß das Fluid aus der Spirale 4 in Gegenrichtung strömt. Dadurch kann die Stoßlinie höher gemacht und der Teillastwirkungsgrad verbessert werden.
Insbesondere ist die kleinste Passagenbreite t3 des Auslaß drosselbereichs 7a mit 3/8 oder größer und 3/4 oder kleiner der Passagenbreite t2 des Zwischenbereichs 6 vorgegeben. Das ist ein großer Vorteil in bezug auf eine Erhöhung des Stoß spielraums und auf Verbesserungen des Nennwirkungsgrads und des Teillastwirkungsgrads. Außerdem liegt der Ausgangspunkt, von dem aus der Auslaßdrosselbereich 7a gedrosselt ist, in einer Position, die von dem Diffusoreinlaß um eine Strecke getrennt ist, die 70 bis 90 % der Passagenlänge des Diffusors entspricht. Eine solche Anordnung bietet größere Vorteile bei der Erhöhung der Stoßlinie und Verbesserungen des Teillastwirkungsgrads.
Der Diffusor ist an seinem Einlaßbereich 5 mit dem Einlaßdrosselbereich 5a versehen, dessen Passagenbreite in Abstromrichtung verengt ist. Die Passagenbreite t2 des Zwischenbereichs 6 ist mit 75 % oder mehr und 95 % oder weniger der Flügelradauslaßbreite t1 entsprechend dem Nennvolumenstrom vorgegeben. Dies verringert die Gefahr einer Unstetigkeit, Neigung oder dergleichen der Strömung am Einlaßbereich 5 des Diffusors. Der Vielfacheffekt des Einlaßdrosselbereichs 5a und des Auslaßdrosselbereichs 7a kann nicht nur den allgemeinen Wirkungsgrad einschließlich des Nennwirkungsgrads und des Teillastwirkungsgrads verbessern, sondern kann auch den Stoßspielraum erhöhen, ohne daß der maximale Volumenstrom verringert wird.
Außerdem ist die Spirale 4 so angeordet, daß sie zu einer Seitenwand 2 hin vorgespannt ist, und der Auslaßdrosselbereich 7a ist so gebildet, daß die eine Seitenwand 2 zu der Passage hin geneigt ist. Dadurch wird wirksam verhindert, daß die Strömung in Gegenrichtung aus der Spirale 4 ausströmt, so daß der Teillastwirkungsgrad weiter verbessert wird.
Fig. 4 zeigt einen Diffusor, der die gleiche Passagenkonfiguration und -breite wie bei der Ausführungsform von Fig. 1 hat, jedoch eine bewegliche Seitenwand aufweist.
In Fig. 4 hat eine Seitenwand 2, zu der eine Spirale 4 hin vorgespannt ist, eine Grundseitenwand 20 und eine bewegliche Seitenwand 8, die an der Grundseitenwand 20 bewegbar angebracht ist. Der Diffusor von Fig. 4 hat ferner eine Betätigungseinrichtung 9 für die bewegliche Seitenwand, um die bewegliche Seitenwand 8 zu bewegen.
Die Betätigungseinrichtung 9 für die bewegliche Seitenwand hat einen Flügel 91, der an der Saugöffnung eines Verdichters angeordnet und ausgebildet ist, um von einer Antriebswelle 92 drehend angetrieben zu werden, eine Exzenternocke 93, die integral mit der Antriebswelle 92 drehbar ist, und eine Stange 94, die ein Ende 94a hat, das mit der Exzenternocke 93 in Berührung gelangt, und deren anderes Ende 94b durch die Grundseitenwand 20 geht und an der rückwärtigen Oberfläche der beweglichen Seitenwand 8 befestigt ist.
Die Ausführungsform von Fig. 4 bietet nicht nur die gleichen funktionellen Auswirkungen wie die Ausführungsform von Fig. 1, sondern hat außerdem die nachstehenden funktionellen Auswirkungen.
Wenn die Antriebswelle 92 den Flügel 91 in einer Richtung dreht, um die Saugöffnung zu schließen, wird der Volumenstrom eines von dem Flügelrad 1 angesaugten Fluids verringert. Andererseits wird mit der Drehung der Antriebswelle 92 die Exzenternocke 93 aus dem Zustand nach Fig. 5(a) im Uhrzeigersinn in den Zustand nach Fig. 5(b) gedreht, so daß die Stange 94 geschoben und bewegt wird. Das bewirkt, daß die bewegliche Seitenwand 8 nach rechts in Fig. 4 bewegt wird, so daß die Passagenbreite verengt wird.
Wenn der Flügel 91 in einer Richtung gedreht wird, um die Saugöffnung zu öffnen, wird der Volumenstrom eines von dem Flügelrad 1 angesaugten Fluids erhöht. Andererseits wird mit der Drehung der Antriebswelle 92 die Exzenternocke 93 aus dem Zustand von Fig. 5(b) im Gegenuhrzeigersinn in den Zustand nach Fig. 5(a) gedreht, so daß die Stange 94 in Richtung zu der Exzenternocke 93 bewegt werden kann. Infolgedessen bewirkt der Druck im Diffusor, daß die bewegliche Seitenwand 8 in einer Richtung bewegt wird, um die Passagenbreite zu vergrößern. So kann die Passagenbreite entsprechend einer Zunahme/Verringerung der Last verstellt werden. Das kann nicht nur den Diffusorwirkungsgrad ungeachtet der Größe der Last verbessern, sondern auch den Energieverbrauch herabsetzen. Insbesondere kann die Passagenbreite nach Maßgabe des Öffnungsgrads des Flügels 91 eingestellt werden. Das macht es möglich, daß eine solche Verstellung nach Maßgabe von Laständerungen rasch vorgenommen wird.
Um ferner den Diffusorwirkungsgrad zu verbessern, kann die Einstellung der Passagenbreite nach Maßgabe der Last auf eine mechanische Weise erfolgen. Das ergibt einen zuverlässigen Betrieb und vereinfacht die Konstruktion, so daß die Herstellungskosten gesenkt werden. Ferner kann die Einstellung des Verstellgrads der Passagenbreite nach Maßgabe des Flügelöffnungsgrads ohne weiteres durch Ändern der Gestalt der Exzenternocke erfolgen.
Gemäß dieser Ausführungsform von Fig. 4 kann die bewegliche Seitenwand nur an dem Auslaßdrosselbereich 7a des Diffusors angeordnet sein, wie Fig. 6 zeigt.
Als Alternative kann die Stange 94 hydraulisch bewegt werden, was die Bewegung der beweglichen Seitenwand 8 gewährleistet.
Ferner kann vorgesehen sein, daß die Stange 94 durch die Formänderung einer Feder bewegt wird, die aus einer Legierung mit Formgedächtnis besteht und von einem Heizelement aufgeheizt wird. Eine solche Anordnung macht eine Antriebseinrichtung, wie z.B. einen Motor oder dergleichen unnötig, so daß die Kosten gesenkt werden.

Vergleichsbeispiele I bis IV

Es wurden Diffusoren der Vergleichsbeispiele I bis III gebaut, bei denen nur die Einlaßbereiche jeweils mit den in der folgenden Tabelle 1 angegebenen Drosselverhältnissen (t1/t2) gedrosselt waren. Bei einem Diffusor nach Vergleichsbeispiel IV war der Einlaßbereich überhaupt nicht gedrosselt. Tabelle 1 Einlaßdrosselverhältnis Vergleichsbeispiel
Der Teillastwirkungsgrad wurde bei jedem der Vergleichsbeispiele I bis IV gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 7 gezeigt.
Wie Fig. 7 zeigt, ergibt das Vergleichsbeispiel II mit einem Drosselverhältnis von 0,8 das optimale Ergebnis für einen normal bemessenen Volumenstrom, der etwa 80 bis 90 % des maximalen Volumenstroms entspricht, wohingegen Vergleichsbeispiel I mit dem Drosselverhältnis von 0,95 das optimale Ergebnis für einen Volumenstrom ergibt, der höher als der normal bemessene Volumenstrom ist. Bei Vergleichsbeispiel III mit dem Drosselverhältnis von 0,70 war der Einlaßbereich zu stark gedrosselt, so daß die Konformität zwischen Diffusor und Flügelrad 1 verlorenging, so daß die Verluste erhöht wurden. Es wird also gefunden, daß Vergleichsbeispiel III in der Praxis nicht verwendet werden kann.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß von den Diffusoren mit gedrosselten Einlaßbereichen der Diffusor mit dem Drosselverhältnis von ca. 0,8 am meisten bevorzugt wird. Es wird davon ausgegangen, daß Diffusoren, deren Einlaßbereiche mit einem Verhältnis von 0,75 bis 0,95 gedrosselt sind, in der Praxis bevorzugt werden. Testbeispiele I und II und Vergleichsbeispiel II
Zusätzlich zu dem Vergleichsbeispiel II, das das am meisten bevorzugte Ergebnis unter den Diffusoren erreichte, von denen nur die Einlaßbereiche gedrosselt waren, wurden ein Diffusor gemäß Testbeispiel I, von dem nur der Auslaßbereich gedrosselt war, und ein Diffusor gemäß Testbeispiel II gebaut, bei dem der Einlaßbereich mit dem gleichen Verhältnis wie bei Vergleichsbeispiel II gedrosselt war und dessen Auslaßbereich mit dem gleichen Verhältnis wie bei dem Testbeispiel I gedrosselt war (siehe Tabelle 2). Tabelle 2 Drosselverhältnis am Einlaß am Auslaß Testbeispiel Vergleichsbeispiel Testbeispiel
Unter Verwendung der Testbeispiele I, II und des Vergleichsbeispiels II wurden die Stoßlinien gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 8 gezeigt. Außerdem wurden die Teillastwirkungsgrade gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 9 gezeigt.
Wie Fig. 8 zeigt, sind die Stoßlinien des Testbeispiels I, bei dem nur der Auslaßbereich gedrosselt war, und des Testbeispiels II, bei dem sowohl der Einlaß- als auch der Auslaßbereich gedrosselt waren, über den gesamten Bereich von einem niedrigen bis zu einem hohen Volumenstrom höher als die Stoßlinie von Vergleichsbeispiel II, bei dem nur der Einlaßbereich gedrosselt war. Das beweist, daß durch das Vorsehen des Auslaßdrosselbereichs die Stoßlinie verbessert wird. Die Stoßlinie des Testbeispiels II ist geringfügig höher als die Stoßlinie von Testbeispiel I. Es wird angenommen, daß ein solches Ergebnis durch den Vielfacheffekt, daß sowohl Einlaß- als auch Auslaßbereich gedrosselt sind, bewirkt wird.
Wie Fig. 9 zeigt, sind die Teillastwirkungsgrade der Testbeispiele I und II über den Gesamtbereich von einem niedrigen Volumenstrom bis zu einem hohen Volumenstrom höher als bei Vergleichsbeispiel II, und der Teillastwirkungsgrad von Testbeispiel II ist höher als derjenige von Testbeispiel II. Das beweist, daß der Diffusor, dessen Auslaßbereich mit einem vorbestimmten Verhältnis gedrosselt ist, hinsichtlich des Teillastwirkungsgrads stärker als der am meisten bevorzugte Diffusor unter den Diffusoren mit gedrosseltem Einlaßbereich verbessert werden kann. Außerdem zeigt sich, daß der Diffusor, bei dem sowohl Einlaß- als auch Auslaßbereich gedrosselt sind, hinsichtlich seines Teillastwirkungsgrads stärker verbessert wird als der Diffusor, bei dem nur der Auslaßbereich gedrosselt ist. Es wird angenommen, daß die Verbesserung des Wirkungsgrads über einen großen Bereich durch den Vielfacheffekt des Einlaßdrosselbereichs 5a und des Auslaßdrosselbereichs 7a erzielt wird.

Testbeispiele II, III und Vergleichsbeispiele II, V

Zusätzlich zu dem Testbeispiel II und dem Vergleichsbeispiel II wurden Diffusoren gemäß Testbeispiel III bzw. Vergleichsbeispiel V gebaut, die die in der Tabelle 3 gezeigten dimensionsmäßigen Beziehungen der Passagenbreite t2, der Passagenbreite t3 und der Auslaßbreite t1 haben. Tabelle 3 Drosselverhältnis am Einlaß am Auslaß Testbeispiel Vergleichsbeispiel
Um den Einfluß herauszufinden, der dadurch ausgeübt wird, daß der Auslaßdrosselbereich 7a gedrosselt war, wiesen die Einlaßdrosselbereiche 5a das gleiche Verhältnis auf.
Die Stoßlinien der oben angegebenen Test- und Vergleichsbeispiele wurden gemessen. Die Resultate sind in Fig. 10 gezeigt. Außerdem wurden die Teillastwirkungsgrade der oben angegebenen Test- und Vergleichsbeispiele gemessen. Die Resultate sind in Fig. 11 gezeigt. Fig. 12 zeigt die maximalen Wirkungsgrade der jeweiligen oben angegebenen Beispiele.
Wie Fig. 10 zeigt, sind über den Gesamtbereich von einem niedrigen Volumenstrom bis zu einem hohen Volumenstrom die Stoßlinien der Testbeispiele II, III und des Vergleichsbeispiels V, bei denen sowohl der Einlaß- als auch der Auslaßbereich gedrosselt waren, höher als bei dem Vergleichsbeispiel II, bei dem nur der Auslaßbereich gedrosselt war, und die Stoßlinie ist um so höher, je größer das Drosselverhältnis am Auslaß ist, und zwar in der Reihenfolge Testbeispiel III, Testbeispiel II und Vergleichsbeispiel V.
Wie Fig. 11 zeigt, ist der Teillastwirkungsgrad des Vergleichsbeispiels V, das am Auslaßbereich ein Drosselverhältnis von 0,25 hat, bei einem niedrigen Volumenstrom höher und bei einem hohen Volumenstrom niedriger als bei Vergleichsbeispiel II, bei dem nur der Einlaßbereich gedrosselt ist. Der Teillastwirkungsgrad des Testbeispiels II mit einem Drosselverhältnis von 0,5 am Auslaßbereich ist über den gesamten Volumenstrombereich höher als bei Vergleichsbeispiel II, bei dem nur der Einlaßbereich gedrosselt ist. Der Teillastwirkungsgrad von Testbeispiel III mit einem Drosselverhältnis von 0,75 am Auslaßbereich ist höher als bei Vergleichsbeispiel II für den Bereich von einem niedrigen Volumenstrom bis zu einem Zwischen-Volumenstrom und ist im wesentlichen gleich wie bei Vergleichsbeispiel II bei einem hohen Volumenstrom. Andererseits haben diejenigen Beispiele, deren Auslaßbereiche in einem Verhältnis von 0,5 bis 1,0 gedrosselt waren, im wesentlichen den gleichen maximalen Wirkungsgrad, wie Fig. 12 zeigt.
Wenn man die Verwendung eines Diffusors, bei dem sowohl der Einlaß- als auch der Auslaßbereich gedrosselt ist, für einen normal bemessenen Volumenstrom und seinen Gebrauch mit Teillast in Betracht zieht, wird angenommen, daß sowohl der Nennwirkungsgrad als auch der Teillastwirkungsgrad in einem guten Gleichgewicht verbessert werden können, indem die kleinste Passagenbreite t3 des Auslaßdrosselbereichs 7a mit 3/8 bis 3/4 der Passagenbreite t2 des Zwischenbereichs 6 vorgegeben wird.

Testbeispiele I, IV und Vergleichsbeispiele II, VI

Zusätzlich zu Testbeispiel I und Vergleichsbeispiel II wurden Diffusoren eines Testbeispiels IV und eines Vergleichsbeispiels VI gebaut, von denen nur die jeweiligen Auslaßbereiche mit den in Tabelle 4 gezeigten Verhältnissen gedrosseit wurden. Die Stoßlinien dieser Beispiele wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 13 gezeigt. Die Teillastwirkungsgrade dieser Beispiele wurden ebenfalls gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 14 gezeigt. Tabelle 4 Drosselverhältnis am Einlaß am Auslaß Testbeispiel Vergleichsbeispiel
Wie Fig. 13 zeigt, sind die Stoßlinien der Testbeispiele I, IV und des Vergleichsbeispiels VI, bei denen nur die Auslaßbereiche gedrosselt waren, höher als die von Vergleichsbeispiel II, das unter den Diffusoren, bei denen nur die Einlaßbereiche gedrosselt waren, das beste Ergebnis geliefert hatte. Je stärker der Auslaßbereich gedrosselt ist, um so höher ist die Stoßlinie, und zwar in der Reihenfolge Testbeispiel IV, Testbeispiel I und Vergleichsbeispiel VI. Wie Fig. 14 zeigt, ist der Teillastwirkungsgrad des Vergleichsbeispiels VI mit einem Drosselverhältnis von 0,25 am Auslaßbereich für einen niedrigen Volumenstrom höher und für einen Zwischen-Volumenstrom und einen hohen Volumenstrom viel niedriger als bei Vergleichsbeispiel II, bei dem nur der Einlaßbereich gedrosselt war. Der Teillastwirkungsgrad von Testbeispiel I mit einem Drosselverhältnis von 0,5 am Auslaßbereich ist über den gesamten Volumenstrombereich höher als derjenige von Vergleichsbeispiel II, bei dem nur der Einlaßbereich gedrosselt war. Der Teillastwirkungsgrad von Testbeispiel IV mit einem Drosselverhältnis von 0,75 am Auslaßbereich ist höher als der von Vergleichsbeispiels II für den Bereich von einem niedrigen Volumenstrom bis zu einem Zwischen-Volumenstrom und ist im wesentlichen gleich wie bei Vergleichsbeispiel II für einen hohen Volumenstrom.
Wenn man die Verwendung eines Diffusors, bei dem nur der Auslaßbereich gedrosselt ist, für einen normal bemessenen Volumenstrom und seine Verwendung mit einer Teillast berücksichtigt, so wird angenommen, daß sowohl der Nennwirkungsgrad als auch der Teillastwirkungsgrad in gutem Gleichgewicht verbessert werden können, indem die kleinste Passagenbreite t3 des Auslaßdrosselbereichs 7a mit 3/8 bis 3/4 der Passagenbreite t2 des Zwischenbereichs 6 vorgegeben wird.
Es ist zu beachten, daß die Wirkungsgrade in den Fig. 7, 9, 11 und 14 diejenigen sind, die an Kurven gemessen sind, die in bezug auf die Stoßlinien einen vorbestimmten Spielraum haben.
Bei den vorgenannten Messungen wurde als Kältemittel Flon 11 eingesetzt. Aber auch bei Einsatz von Flon 12, Flon 22, Flon 123, Flon 134a oder dergleichen als Kältemittel können bei einer quantitativen Analyse die äquivalenten Resultate erhalten werden. Außerdem können die äquivalenten Resultate auch erhalten werden, wenn anstelle eines Kältemittels einer Kühlanlage Luft, Erdgas oder dergleichen als Fluid eingesetzt wird. Das bedeutet, daß die Erfindung auch bei einem Kreiselverdichter für einen Luftverdichter oder eine Vorrichtung zum Zuführen von Erdgas unter Druck verwendet werden kann.

Claims

1. Diffusor für einen Kreiselverdichter mit einer Passage, die von zwei gegenüberliegenden äußeren Seitenwänden (2, 3) gebildet ist, die stromabwärts von einem Fluideinlaß eines Flügelrads (1) angeordnet sind, wobei die Passage zum Durchlassen des von dem Flügelrad (1) zu einer Spirale (4) fließenden Fluids vorgesehen ist und die Passage einen Einlaßpassagenbereich (5), einen Auslaßdrosselpassagenbereich (7a), der allmählich in Strömungsrichtung stromabwärts verengt ist, sowie einen Zwischenpassagenbereich (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet,

daß der Zwischenpassagenbereich (6) eine konstante Passagenbreite (t&sub2;) aufweist, die gleich der minimalen Passagenbreite des Einlaßpassagenbereichs (5) ist, und daß der Auslaßpassagenbereich (7a) stromabwärts von einem Ausgangspunkt (10) aus allmählich verengt ist, wobei sich der Ausgangspunkt an der Position in der Passage befindet, an der der dynamische Druck des Fluids im wesentlichen vollständig in statischen Druck umgewandelt ist.

2. Diffusor für einen Kreiselverdichter nach Anspruch 1, wobei die minimale Passagenbreite (t&sub3;) des Auslaßdrosselpassagenbereichs (7a) im Bereich von 3/8 bis 3/4 der Passagenbreite (t&sub2;) des Zwischenpassagenbereichs liegt.

3. Diffusor für einen Kreiselverdichter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ausgangspunkt (10), von dem aus der Auslaßdrosselpassagenbereich (7a) gedrosselt ist, in einem Abstand von 70 % bis 90 % der Länge der Diffusorpassage, gemessen von dem Diffusoreinlaß (5b) aus, positioniert ist.

4. Diffusor für einen Kreiselverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Einlaßpassagenbereich (5) einen Einlaßdrosselpassagenbereich (5a) aufweist, dessen Passagenbreite allmählich stromabwärts verengt ist und eine mimimale Passagenbreite im Bereich von 75 % bis 95 % einer Auslaßbreite (t&sub1;) des Flügelrads (1) gemäß einer Nenndurchflußrate aufweist.

5. Diffusor für einen Kreiselverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spirale (4) zu der einen Seitenwand (2) des Paares von gegenüberliegenden Seitenwänden (2, 3) hin vorgespannt angeordnet ist und wobei der Auslaßdrosselpassagenbereich (7a) durch Neigung der einen Seitenwand (2) nach innen in die Passage gebildet ist.

6. Diffusor für einen Kreiselverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der ferner folgendes aufweist:

- eine bewegliche Seitenwand (8), um nur die Passagenbreite des Auslaßdrosselpassagenbereichs (7a) einzustellen, wobei die bewegliche Seitenwand (8) wenigstens an dem Bereich von einer der beiden gegenüberliegenden Seitenwände (2, 3) angeordnet ist, die den Auslaßdrosselpassagenbereich (7a) bilden; sowie

- eine Betätigungseinrichtung (9) für die bewegliche Seitenwand, um die bewegliche Seitenwand (8) in Abhängigkeit von einer Last zu der gegenüberliegenden Wand (3) hin bzw. von dieser weg zu bewegen.

7. Diffusor für einen Kreiselverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Spirale (4) zu der einen Seitenwand (2) der beiden gegenüberliegenden Seitenwände (2, 3) hin vorgespannt ausgebildet ist und wobei die bewegliche Seitenwand (8) wenigstens an dem Bereich der einen Seitenwand (2) angeordnet ist, der den Auslaßdrosselpassagenbereich (7a) bildet.

8. Diffusor für einen Kreiselverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Betätigungseinrichtung (9) für die bewegliche Seitenwand dazu geeignet ist, die bewegliche Seitenwand (8) in einer solchen Richtung zu bewegen, daß die Passagenbreite des Ausgangsdrosselpassagenbereichs (7a) verengt wird, wenn der Flügelöffnungsgrad des Kreiselverdichters klein wird.

9. Diffusor für einen Kreiselverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Betätigungseinrichtung (9) für die bewegliche Seitenwand eine Antriebswelle (92) zum drehenden Antrieb eines Flügels (91), der zur Steuerung der Durchflußrate eines von dem Kreiselverdichter angesaugten Fluids angeordnet ist, eine integral mit der Antriebswelle (92) drehbare Exzenternocke (93) sowie eine Stange (94) aufweist, um die bewegliche Seitenwand (8) in einer solchen Richtung zu bewegen, daß die Passagenbreite des Auslaßdrosselpassagenbereichs (7a) verengt wird, wenn die Exzenternocke (93) gegen die Stange (94) gedrückt wird.