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Verfahren und Einrichtung zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Turbokompressoren und Turbogebläsen.
Den Gegenstand des Stammpatentes bildet ein Verfahren zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Turbokompressoren und Turbogebläsen, nach dem in den die Ausström- öffnungen des Laufrades umgebenden Raum der Leitvorrichtung Luft von höherer Spannung eingeführt wird, als die aus dem Laufrad kommende Luft besitzt, um dem Ausströmen dieser Luft erhöhten Widerstand entgegenzusetzen und sie dadurch stärker zu verdichten.
Nach der Erfindung wird nun Luft von höherer Spannung dadurch eingeführt, dass der im Leitrad herrschende, aus der Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck stammende höhere Luftdruck auf einem Teil der Laufradbreite, und zwar entgegen der Strömungsrichtung der vom Laufrad abfliessenden Luft, gegen das Laufrad zurückgeleitet und sodann auf die ganze Laufradbreite wirken gelassen wird. Nach einer besonderen Durchführungsart des Verfahrens wird der im Leitrad herrschende höhere Luftdruck durch Kanäle von durchaus gleichem Querschnitt gegen das Laufrad zurückgeleitet. Zur Ausführung des ersterwähnten Verfahrens wird der Druckraum des Leitrades mit dem das Laufrad umgebenden Raum durch einen oder mehrere Ringkanäle verbunden, die durch entsprechend viele Ringwände gebildet werden.
Zur Ausführung des zweitgenannten Verfahrens werden dieser Ringraum oder diese Ringräume durch Querwände in Einzelkanäle abgeteilt, die durchaus gleichen Querschnitt haben nnd genau oder annähernd in der Richtung der vom Laufrad abgeschleuderten Luft liegen. Das Laufrad wird also gezwungen, Luft von jener Spannung (Dichte) in den Diffusor oder die Leitvorrichtung zu schleudern, die bei einem gewöhnlichen Turbokompressor oder Turbogebläse erst hinter dem Diffusor oder der Leitvorrichtung. also nach erfolgter Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck, erzielt werden kann.
'Die grösste Spannung (Dichte), die das kreisende Schaufelrad durch die ihm zugeführte
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inneren und äusseren Umfange des Schaufelrades, , zf die relativen Geschwindigkeiten, Cl'C2 die absoluten Geschwindigkeiten am Ein-und Austritt. Während bei einem gewöhnlichen Turbokompressor die ersten zwei Glieder den Spaltüberdruck, das dritte Glied den im Diffusor oder in der Leitvorrichtung umgesetzten Druckanteil bezeichnen, wird nach der Erfindung H als Spaltüberdruck gewonnen.
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Druck aufzukommen, Luft der ihm entsprechenden Dichte in den Diffusor oder die Leitvorrichtung schleudern muss.
Das Verfahren besteht also in der Zuhilfenahme von Luft grösserer Dichte aus jenem Teile des Diffusors oder der Leitvorrichtung, in dem der Betrag
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In der Zeichnung ist beispiesweise eine zur Durchführung der Verfahren dienende Ausführungsform einer Turbokompressorstufe in zwei aufeinander senkrecht stehenden Schnitten dargestellt. h ist das Laufrad und b der Druckraum im. Leitrad (Diffusor). a und a1 bezeichnen zwei Ringscheiben, die gegeneinander so geneigt sind, dass der Querschnitt des von ihnen gebildeten Raumes r durchaus gleich ist. Dieser Ringkanal verbindet den Druckraum b des Leitrades mit dem das Laufad lt unmittelbar umgebenden Raum t.
Der Raum rist dmch Zwischenwände s in Kanäle unterteilt, die durchaus gleichen Querschnitt haben und genau oder annähernd in der Richtung der vom Laufrad A abgeschleuderten Luft liegen, indem z. B. die Zwischenwände s in die Richtung der absoluten Austrittsgeschwindigkeit C2 eingestellt werden (Fig. 2). Bei dieser Einrichtung stellt sich der im Raume b herrschende höhere Druck pd im Raum t ein. Infolge Verdichtungsstosses dürfte im Raum t sogar ein grösserer Druck als Pd herrschen.
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Das Einstellen des Druckes im Raum t lässt sich folgendermassen erklären : Bezeichnet man mit ps den knapp ober dem Laufrad herrschenden Spaltüberdruck, so ist ps kleiner als pd, und zwar um den Betrag der in Druck umgesetzten Austrittsgeschwindigkeit c2.
Es wi. d somit pd auf ps expandieren wollen, und zwar in der Richtung der Zwischenwände s, wobei vorausgesetzt ist, dass eine genügende Anzahl solcher Zwischenwände vorhanden ist. Die Expansionsgeschwindigkeit ist entgegengesetzt und ungefähr gleich der absoluten Austrittsgeschwindigkeit c2, sogar etwas kleiner, weil der Wirkungsgrad des Diffusors oder Leitrades nur etwa 0-2 v. H. beträgt. Infolgedessen findet eine Expansion im Raume r nicht statt, d. h. es muss sich der am äusseren Umfange. des Raumes r herrschende Druck pd auch an dessen innerem Umfang im Raum t einstellen. Das Laufrad h kann in diesen Raum nur dann Luft fördern, wenn Ps = pd ist, d. h. die Dichte der geschleuderten Luft dem Drucke pa entspricht.
Dies gilt sting genommen nur für den durch Raum r unmittelbar beeinflussten Teil des Raumes t. Da jedoch die Luft ein vollkommen elastischer Körper ist, äussert sich diese Rückwirkung auf der ganzen Laufradbreite, also im ganzen Raum t, im gewünschten'Ausmass, sobald der Raum r keine zu geringe Breite hat. Die geringste Breite bettägt ungefähr ein Drittel der Laufradschaufelbreite.
Rechts und links von r bleibt hierbei der gewöhnliche Diffusor oder die Leitvorrichtung Zl'Z2 bestehen, so dass hier die Geschwindigkeit c2,mit der die Luft von der dem Drucke pd entsprechenden Dichte in diesen Raum b geschleudert wird, in Druck umgesetzt werden kann.
Der erreichbare Höchstenddruck ist bei diesem Kompressor gegeben durch den Spaltüberdruck Hua, der bestimmt ist durch H, vermehrt um jenen Betrag, der sich aus dem Umsetzen der Geschwindigkeit C2 in Druck im Diffusor oder in der Leitvorrichtung ergibt. c2 ist hierbei die Geschwindigkeit, mit der die Luft von der dem Spaltüberdruck Hps
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einem gewöhnlichen Turbokompressor besteht somit darin, dass die Druckhölle H bereits als Spaltüberdruck gewonnen wird, wogegen sie sonst den Enddruck nach dem Diffusor darstellt, wobei das Laufrad mit 92 v. H. arbeitet, wogegen der Diffusor die Geschwindigkeit nur
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findung als Enddruck ng Atm. erreicht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
I. Verfahren zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Turbokompressoren und Tuibogebläsen nach Patent Nr. 78429, dadurch gekennzeichnet, dass in den die Ausströmöffnungen des Laufrades (lz) umgebenden Raum (t) der Leitvorrichtung Luft von höherer Spannung dadurch eingeführt wird, dass der im Leitrad (Raum b) herrschende höhere Luftdruck auf einem Teil der Laufradbleite, und zwar entgegen der Strömungsrichtung der vom Laufrad abfliessenden Luft, gegen das Laufrad zurückgeleitet und sodann auf die ganze Fläche des Laufrades wirken gelassen wird.