EP0280205A2 - Radialverdichter - Google Patents

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EP0280205A2
EP0280205A2 EP88102419A EP88102419A EP0280205A2 EP 0280205 A2 EP0280205 A2 EP 0280205A2 EP 88102419 A EP88102419 A EP 88102419A EP 88102419 A EP88102419 A EP 88102419A EP 0280205 A2 EP0280205 A2 EP 0280205A2
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slots
diffuser
guide vane
vane ring
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Friedrich Wilhelm Dipl.Ing. Benfer
Gernot Dipl.-Ing. Eisenlohr
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KHD LUFTFAHRTTECHNIK GMBH
Original Assignee
Kloeckner Humboldt Deutz AG
BMW Rolls Royce GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/444—Bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D21/00—Pump involving supersonic speed of pumped fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • the invention relates to a radial compressor according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to stabilize the compression surges occurring in certain operating areas on the flow inlet side of the radial guide vane ring and to reduce their effects on the characteristic diagram.
  • the blades of the radial guide vane ring alternately have two different lengths and the slots are arranged at least approximately at right angles in front of the short blades and extend to the side next to the blade leading edge of the nearest long blades. It is generally known that a radial guide vane ring inserted into the diffuser of a radial compressor has an effect on the surge limit of the radial compressor. It has proven advantageous to manufacture the blades of the radial guide vane ring alternately with two different lengths in the case of highly loaded radial compressors.
  • a compression shock occurs at least on the leading edge of the short stator vanes.
  • the lossy back and forth movement of the compression shock, caused by transient outflow from the impeller, is reduced or avoided by the configuration according to the invention.
  • the slots arranged at least approximately at right angles to the blades (and accordingly also approximately at right angles to the flow) connect the diffuser to at least one storage space arranged behind the diffuser channel wall.
  • the slots are advantageously incorporated into both opposite diffuser channel walls and correspondingly connected to annular storage spaces arranged on both sides of the diffuser channel walls.
  • the two annular storage spaces are combined to form a coherent annular space.
  • the two storage spaces are subdivided into individual segments which are partitioned off from one another, a segment being assigned to each slot.
  • This special design of the storage rooms depends on the size design of the respective radial compressor.
  • the inventive design and arrangement of the slots and the storage spaces behind them keep the radial compressor in a stable working area because the map width of the radial compressor increases due to the partial reduction of the compression surges.
  • the impeller 1 of a radial compressor shown in part, is fastened on a shaft designated by the center line 2.
  • the impeller 1 conveys the air flow 3 entering the radial compressor into a diffuser 4, which is composed of an unbladed diffuser 4a and a bladed diffuser 4b.
  • a diffuser 4 which is composed of an unbladed diffuser 4a and a bladed diffuser 4b.
  • In the diffuser Channel walls 5, 6 are slots 7a, 7b incorporated, which connect the diffuser channel 4 with storage spaces 8, 9 arranged on both sides of the diffuser channel wall 5, 6 and surrounding the diffuser channel 4 in a ring shape.
  • Fig. 2 it can be seen that the blades 9, 10 of the radial guide vane ring 11 are alternately different lengths (short blade 9; long blade 10). Slits 7a are arranged almost at right angles to the leading edge of the blade in front of the short blades 9 and extend laterally next to the leading edge 10a of the blade.
  • the map shown in FIG. 3 (solid lines) is that of a conventional radial compressor in the event of a faulty flow to the radial compressor and thus to the radial guide vane ring 11, i.e. without specially arranged slots 7a, 7b and without storage spaces 8a, 8b arranged behind it.
  • a characteristic field expansion is achieved, the size of which is defined by the proportion b1 (dashed boundary of the characteristic field).
  • FIG. 4 A similar characteristic field is shown in FIG. 4, with an undisturbed inflow being assumed in this characteristic field.
  • the application of the invention can be used to extend the characteristic curve by the dimension b2.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Bei einem Radialverdichter mit einem dem Laufrad (1) nachgeschalteten, beschaufelten Diffusor (4, 4a, 4b) sollen die vor den Schaufeln (9, 10) des Radialleitschaufelkranzes (11) auftretenden Verdichtungsstöße stabilisiert werden. Dazu werden die Schaufeln (9, 10) des Radialleitschaufelkranzes (11) abwechselnd mit zwei unterschiedlichen Längen gefertigt und Schlitze (7a, 7b), die mit einem dahinterliegenden Speicherraum (8a, 8b) verbunden sind, so angeordnet, daß die Schlitze (7a, 7b) zumindest angenähert rechtwinklig vor den kurzen Schaufeln (9) angeordnet sind und sich bis seitlich neben die Schaufelvorderkanten (10a) der nächstliegenden langen Schaufeln (10) erstrecken.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Radialverdichter ge­mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der US-PS 4,131,389 ist ein Radialverdichter mit einem dem Verdichter nachgeschalteten, beschaufelten Diffusor bekannt, wobei strömungseintrittsseitig des Radialleit­schaufelkranzes Schlitze in die Diffusorkanalwände einge­arbeitet sind und die Schlitze in hinter den Diffusor­kanalwänden angeordnete Speicherräume münden. Diese Ein­richtung hat den Zweck, eine Ablösung der Grenzschichten an den Diffusorschaufeln zu vermindern und hierdurch eine Reduktion der Pumpzone herbeizuführen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in be­stimmten Betriebsbereichen auftretenden Verdichtungsstöße strömungseintrittsseitig des Radialleitschaufelkranzes zu stabilisieren und deren Auswirkungen auf das Kennfeld zu verringern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaufeln des Radialleitschaufelkranzes abwechselnd zwei unterschiedliche Längen aufweisen und die Schlitze zu­ mindest angenähert rechtwinklig vor den kurzen Schaufeln angeordnet sind und sich bis seitlich neben die Schaufel­vorderkante der nächstliegenden langen Schaufeln er­strecken. Es ist allgemein bekannt, daß ein in den Dif­fusor eines Radialverdichters eingesetzter Radialleit­schaufelkranz Auswirkungen auf die Pumpgrenze des Radial­verdichters hat. Dabei hat es sich als vorteilhaft er­wiesen, bei hochbelasteten Radialverdichtern die Schaufeln des Radialleitschaufelkranzes abwechselnd mit zwei unter­schiedlichen Längen zu fertigen. Bei einem dermaßen aus­gebildeten Radialleitschaufelkranz tritt aber, insbe­sondere bei hohen Einströmgeschwindigkeiten in den Radial­leitschaufelkranz (MACH größer eins) zumindest an den Schaufelvorderkanten der kurzen Leitradschaufeln ein Ver­dichtungsstoß auf. Das verlustbehaftete Hin- und Her­wandern des Verdichtungsstoßes, verursacht durch in­stationäre Abströmung aus dem Laufrad, wird durch die er­findungsgemäße Ausgestaltung abgebaut bzw. vermieden. Die zumindest angenähert rechtwinklig zu den Schaufeln ange­ordneten Schlitze (und dementsprechend auch annähernd rechtwinklig zur Strömung) verbinden den Diffusor mit zu­mindest einem hinter der Diffusorkanalwand angeordneten Speicherraum. Die Schlitze sind vorteilhaft in beide ge­genüberliegende Diffusorkanalwände eingearbeitet und ent­sprechend mit beidseitig der Diffusorkanalwände ange­ordneten ringförmigen Speicherräumen verbunden. Die beiden ringförmigen Speicherräume sind in einer Ausgestaltung der Erfindung zu einem zusammenhängenden Ringraum zusammen­geschlossen. In einer weiteren erfindungsgemäßen Aus­gestaltung sind die beiden Speicherräume in einzelne ge­geneinander abgeschottete Segmente unterteilt, wobei jedem Schlitz ein Segment zugeordnet ist. Diese spezielle Aus­bildung der Speicherräume ist abhängig von der Ausge­ staltung des jeweiligen Radialverdichters. Durch die er­findungsgemäße Ausbildung und Anordnung der Schlitze sowie der dahinterliegenden Speicherräume wird der Radialver­dichter in einem stabilen Arbeitsbereich gehalten, weil durch den teilweisen Abbau der Verdichtungsstöße die Kenn­feldbreite des Radialverdichters zunimmt.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 einen schematisch dargestellten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Radialverdichter,
    • Fig. 2 einen Aufsichtsausschnitt auf den Radialleit­schaufelkranz mit den jeweils zugeordneten Schlitzen
    • Fig. 3 das Kennfeld eines erfindungsgemäß ausgestalteten Radialverdichters im Vergleich zu einem konventio­nellen Radialverdichter bei gestörter Zuströmung und
    • Fig. 4 das entsprechende Kennfeld bei ungestörter Zuströ­mung.
  • Das Laufrad 1 eines teilweisen dargestellten Radialver­dichters ist auf einer mit der Mittellinie 2 bezeichneten Welle befestigt. Das Laufrad 1 fördert den in den Radial­verdichter eintretenden Luftstrom 3 in einen Diffusor 4, der sich aus einem unbeschaufelten Diffusor 4a und einem beschaufelten Diffusor 4b zusammensetzt. In die Diffusor­ kanalwände 5, 6 sind Schlitze 7a, 7b eingearbeitet, die den Diffusorkanal 4 mit beidseits der Diffusorkanalwand 5, 6 angeordnten und den Diffusorkanal 4 ringförmig umgeben­den Speicherräumen 8, 9 verbinden.
  • Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Schaufeln 9, 10 des Radialleitschaufelkranzes 11 jeweils abwechselnd unter­schiedlich lang sind (kurze Schaufel 9; lange Schaufel 10­). Nahezu rechtwinklig der Schaufelvorderkante vor den kurzen Schaufeln 9 sind Schlitze 7a angeordnet, die sich bis seitlich neben die Schaufelvorderkante 10a erstrecken.
  • Das in Fig. 3 dargestellte Kennfeld (ausgezogene Linien) ist das eines konventionellen Radialverdichters bei ge­störter Zuströmung zu dem Radialverdichter und somit zu dem Radialleitschaufelkranz 11, also ohne speziell ange­ordnete Schlitze 7a, 7b sowie ohne dahinter angeordneten Speicherräumen 8a, 8b. Durch die Anwendung der Erfindung wird eine Kennlinienfelderweiterung erzielt, deren Größe durch den Anteil b1 definiert ist (gestrichelte Begrenzung des Kennfeldes).
  • Ein ähnliches Kennlinienfeld zeigt Fig. 4, wobei in diesem Kennfeld von einer ungestörten Zuströmung ausgegangen wird. Auch hier läßt sich durch die Anwendung der Er­findung eine Kennlinienerweiterung um das Maß b2 erzielen.

Claims (1)

1. Radialverdichter mit einem dem Laufrad (1) nachge­schalteten Diffusor (4, 4a, 4 b), wobei in zumindest einer Diffusorkanalwand (5, 6) Schlitze (7a, 7b) eingearbeitet sind, die den Diffusor (4, 4a, 4b) mit zumindest einem hinter der Diffusorkanalwand (5, 6) angeordneten Speicher­raum (8a, 8b) verbinden, wobei dem Diffusor (4) ein Ra­dialleitschaufelkranz (11) zugeordnet ist und die Schlitze (7a, 7b) strömungseintrittsseitg des Radialleitschaufel­kranzes (11) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (9, 10) des Ra­dialleitschaufelkranzes (10) abwechselnd zwei unterschied­liche Längen aufweisen und die Schlitze (7a, 7b) zumindest angenähert rechtwinklig vor den kurzen Schaufeln (9) ange­ordnet sind und sich bis seitlich neben die Schaufelvor­derkanten (10a) einer jeweils benachbarten langen Schaufel (10) erstrecken.
EP88102419A 1987-02-19 1988-02-19 Radialverdichter Expired - Lifetime EP0280205B1 (de)

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EP0280205A3 EP0280205A3 (en) 1989-08-02
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