BE1017777A3 - Verbeterde turbocompressor. - Google Patents

Abstract

Verbeterde turbocompressor die bestaat uit een behuizing (2) met een slakkenhuis (3) waarin een rotor (4) verdraaibaar door middel van een as (5) is aangebracht en een inlaatstuk (6) dat een axiale geleiding vormt voor het door de rotor (4) aangezogen gas, waarbij aan de perszijde van de rotor (4) een diffusor (14) is voorzien met een aantal uitlaatleischoepen (16), daardoor gekenmerkt dat de turbocompressor (1) middelen (18) omvat die de diffusor (14) steeds met zijn uitlaatleischoepen (16) tegen het inlaatstuk (6) houden.

Description

Verbeterde turbocompressor.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een verbeterde turbocompressor, in het bijzonder op een radiale turbocompressor die bestaat uit een behuizing met een slakkenhuis waarin een rotor verdraaibaar door middel van een as is aangebracht en een inlaatstuk dat een axiale geleiding vormt voor het door de rotor aangezogen gas.

Om bij de bekende turbocompressoren verliezen te beperken, wordt de speling tussen de rotor en het inlaatstuk, of de zogenaamde "shroudspeling", zeer nauwkeurig ingesteld.

Bij turbocompressoren die daarenboven aan de perszijde van de rotor voorzien zijn van een diffusor met een aantal uitlaatleischoepen, dienen de spelingen tussen deze uitlaatleischoepen en het inlaatstuk te worden vermeden, teneinde verliezen te vermijden.

Het is bekend dat tijdens de assemblage van turbocompressoren wordt gebruik gemaakt van afstandsringen of vulplaatjes, voor het regelen van de speling tussen het inlaatstuk en de rotor en het regelen van de diffusorhoogte en het daarenboven opvangen van tolerantieafwijkingen van de rotor.

Een nadeel van dergelijke regeling bestaat er echter in dat het op deze wijze regelen van de speling tussen het inlaatstuk en de rotor en van de diffusorhoogte erg tijdrovend is, omwille van het vele meet- en controlewerk.

Bij de bekende turbocompressoren wordt de axiale vervorming van de buitenrand van de rotor, die zich voordoet tijdens het in bedrijf zijn van de turbocompressor door de hoge omtreksnelheden, enigszins opgevangen door de axiale speling tussen het inlaatstuk en de rotor zodanig te kiezen dat deze optimaal is bij de maximale snelheid van de rotor.

Dit heeft echter als nadeel dat bij lagere snelheden deze speling groter is dan nodig, waardoor bijkomende verliezen optreden, wat een daling van het rendement tot gevolg heeft.

De huidige uitvinding heeft als doel een oplossing te bieden aan één of meer van de voornoemde en andere nadelen.

Hiertoe betreft de huidige uitvinding een verbeterde turbocompressor die bestaat uit een behuizing met een slakkenhuis waarin een rotor verdraaibaar rond een as is aangebracht en een inlaatstuk dat een axiale geleiding vormt voor het door de rotor aangezogen gas, waarbij aan de perszijde van de rotor een diffusor is voorzien met een aantal uitlaatleischoepen en waarbij de turbocompressor middelen omvat die de diffusor steeds met zijn uitlaatleischoepen tegen het inlaatstuk houden.

Een voordeel van zulke verbeterde turbocompressor volgens de uitvinding is dat, door de aanwezigheid van de voornoemde middelen, na het eenmalig instellen van de speling tussen de rotor en het inlaatstuk, er geen aparte instelling vereist is van de diffusorhoogte, waardoor de assemblage van de turbocompressor wordt vereenvoudigd en versneld ten opzichte van bij klassieke turbocompressoren. Volgens een voorkeurdragend kenmerk van een turbocompressor volgens de uitvinding is het voornoemde inlaatstuk axiaal verplaatsbaar ten opzichte van de rotor uitgevoerd en omvat de turbocompressor middelen om de axiale speling tussen het inlaatstuk en de rotor te kunnen instellen.

De voornoemde middelen voor het instellen van de axiale speling tussen het inlaatstuk en de rotor omvatten bij voorkeur een actuator voor het axiaal verplaatsen van het inlaatstuk, terwijl de turbocompressor, al dan niet in combinatie met zulke actuator, bij voorkeur is voorzien van meetmiddelen voor het bepalen van de axiale speling tussen het inlaatstuk en de rotor, zodat de voornoemde speling kan worden geregeld naar een gewenste waarde, in functie van de voornoemde bepaling door middel van de genoemde meetmiddelen.

Deze voorkeurdragende kenmerken vertonen het voordeel dat een nauwkeurige instelling van de axiale speling tussen het inlaatstuk en de rotor mogelijk wordt gemaakt en/of dat onmiddellijk kan worden ingespeeld op toerentalwijzigingen en/of vervorming van de rotor, door het op gepaste wijze aanpassen van de speling tussen het inlaatstuk en de rotor.

Met het inzicht de kenmerken van de huidige uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen van een verbeterde turbocompressor volgens de uitvinding weergegeven, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 een doorsnede weergeeft van een verbeterde turbocompressor volgens de uitvinding; figuur 2 op grotere schaal het gedeelte weergeeft dat in figuur 1 is aangeduid met F2; figuur 3 een zicht weergeeft volgens figuur 2, doch, voor een andere positie van het inlaatstuk.

In de figuren 1 tot 3 is een verbeterde turbocompressor 1 volgens de uitvinding weergegeven, die is voorzien van een behuizing 2 met een slakkenhuis 3 waarin een rotor 4 of "impeller" verdraaibaar door middel van een as 5 is aangebracht, waarbij as 5 bijvoorbeeld bestaat uit een motoras of een uitgaande as van een reductiekast.

Verder omvat de turbocompressor 1 een inlaatstuk 6, ook wel "shroud" genoemd, dat zich in gemonteerde toestand axiaal tegenover de voornoemde rotor 4 bevindt en dat een axiale geleiding vormt voor het door de rotor 4 aangezogen gas.

In deze uitvoering is op de radiale omtreksrand het inlaatstuk 6 voorzien van een flens 7 die door middel van een eindflens 8 aan het slakkenhuis 3 wordt bevestigd.

De eindflens 8 en het slakkenhuis 3 zijn hiertoe op hun naar elkaar gerichte zijden voorzien van een uitsparing, zodat bij het aan elkaar bevestigen van de eindflens 8 en het slakkenhuis 3 een ruimte 9 wordt gevormd waarin de voornoemde flens 7 van het inlaatstuk 6 zich met een axiale speling uitstrekt, zodat het inlaatstuk 6 axiaal kan bewegen ten opzichte van de rotor 4.

De turbocompressor 1 omvat in deze uitvoeringsvorm verder middelen om tijdens de werking van de turbocompressor 1 de axiale speling tussen het inlaatstuk 6 en de rotor 4 te kunnen instellen, die in dit geval een actuator 10 omvatten die bijvoorbeeld is uitgevoerd in de vorm van een pneumatische, hydraulische, elektrische en/of elektronische actuator die in deze uitvoering is aangebracht in de voornoemde ruimte 9, meer speciaal tussen de flens 7 van het inlaatstuk 6 en de eindflens 8.

Tevens is in de voornoemde ruimte 9 in dit geval een aanslag 11 voor de flens 7 van het inlaatstuk 6 voorzien, die zodanig is gepositioneerd dat, bij uitval van de actuator 10, steeds een vooringestelde axiale speling tussen het inlaatstuk 6 en de rotor 4 wordt gegarandeerd.

Aan de andere zijde van de flens 7 is in de voornoemde ruimte 9 in dit geval een veer 12 voorzien die druk uitoefent op de flens 7, weg van de richting van de rotor 4. Dit heeft als voordeel dat, bij het, bijvoorbeeld door een defect, uitvallen van de actuator 10, wordt vermeden dat het inlaatstuk 6 tegen de rotor 4 zou worden gedrukt.

Bij voorkeur omvat de turbocompressor 1 volgens de uitvinding ook meetmiddelen voor het bepalen van de axiale speling tussen het inlaatstuk 6 en de rotor 4.

In het weergegeven voorbeeld zijn de voornoemde meetmiddelen uitgevoerd in de vorm van één of meerdere afstandssensoren 13 die, respectievelijk, aan het inlaatstuk 6, ofwel aan het slakkenhuis 3 zijn gemonteerd en die toelaten om de axiale speling tussen het inlaatstuk 6 en de rotor 4 te bepalen.

In dit geval is aan de perszijde van de rotor 4, tussen het inlaatstuk 6 en het slakkenhuis 3 een diffusor 14 voorzien, die is uitgevoerd in de vorm van een dif fusorplaat 15 waarop een aantal uitlaatleischoepen 16 is voorzien.

De voornoemde diffusorplaat 15 is in deze uitvoering minstens gedeeltelijk in een daartoe voorziene uitsparing 17 in het slakkenhuis 3 aangebracht, zodanig dat deze diffusorplaat 15 volgens de axiale richting van de rotor 4 verschuifbaar is.

Bij voorkeur bevat de turbocompressor 1 middelen 18 die de diffusor 14 steeds met zijn uitlaatleischoepen 16 tegen het inlaatstuk 6 houden, welke middelen 18 in dit geval zijn uitgevoerd in de vorm van elastische middelen, bijvoorbeeld een veer 19 die is aangebracht in de voornoemde uitsparing 17, tussen de diffusorplaat 15 en het slakkenhuis 3, en die de diffusor 14 tegen het inlaatstuk 6 drukt.

Volgens een niet in de figuren weergegeven voorkeurdragend kenmerk is een verbeterde turbocompressor 1 volgens de uitvinding tenslotte nog voorzien van een controller die, enerzijds, is verbonden met de voornoemde meetmiddelen voor het bepalen van de axiale speling tussen het inlaatstuk 6 en de rotor 4, en anderzijds, met de voornoemde actuator 10 voor het axiaal verplaatsen van het inlaatstuk 6.

De werking van een verbeterde turbocompressor 1 volgens de uitvinding is zeer eenvoudig en als volgt.

Wanneer de rotor 4 wordt aangedreven, zuigt de turbocompressor 1 via het inlaatstuk 6 een gas aan dat door de rotor 4 wordt weggeslingerd door centrifugaalkrachten en dat vervolgens doorheen de uitlaatleischoepen 16 naar het slakkenhuis 3 stroomt, zodat de kinetische energie in druk wordt omgezet.

De voornoemde veer 12 drukt hierbij steeds tegen de flens 7, zodat, bij afwezigheid van een stuursignaal van de actuator 10, het inlaatstuk 6 steeds tegen de aanslag 11 wordt gedrukt, om een vooringestelde axiale speling tussen het inlaatstuk 6 en de rotor 4 te garanderen.

Wanneer er een axiale verplaatsing van de rotor 4 plaatsvindt en/of een axiale vervorming van de rotor 4 bij hoge toerentallen, wordt dit door middel van de voornoemde meetmiddelen gedetecteerd.

Wanneer uit de voornoemde bepaling van de speling tussen het inlaatstuk 6 en de rotor 4 blijkt dat deze speling niet optimaal dreigt te worden, wordt een gepast signaal naar de actuator 10 gestuurd, zodat een axiale verplaatsing van het inlaatstuk 6 wordt verkregen.

Het voornoemde stuursignaal voor de actuator 10 kan bijvoorbeeld afkomstig zijn van de voornoemde controller die de gemeten axiale speling tussen het inlaatstuk 6 en de rotor 4 vergelijkt met een vooraf ingestelde gewenste waarde en, bij een afwijking tussen beide waarden, de actuator 10 aanstuurt voor het regelen van deze speling.

De voornoemde gewenste waarde kan hierbij een constante waarde zijn, doch, kan ook een variabele waarde zijn die bijvoorbeeld in functie is van het rotortoerental, de uitlaatdruk van de turbocompressor 1 en/of dergelijke.

Het spreekt voor zich dat de voornoemde meetmiddelen hiertoe op andere wijzen kunnen worden uitgevoerd dan in de vorm van afstandssensoren, zoals in de vorm van een toerentalsensor of een druksensor of een combinatie van verschillende types van sensoren en/of meters.

Aangezien de diffusor 14 met zijn uitlaatleischoepen 16 steeds tegen het inlaatstuk 6 wordt gedrukt, blijft een constante diffusorhoogte D behouden, terwijl de speling tussen het inlaatstuk 6 en de rotor 4 voortdurend wordt ingesteld, afhankelijk van de ogenblikkelijke condities tijdens de werking van de turbocompressor 1.

De voornoexnde middelen 18 die de diffusor 14 steeds met zijn uitlaatleischoepen 16 tegen het inlaatstuk 6 houden, kunnen volgens de uitvinding ook op andere wijzen worden uitgevoerd dan de voornoemde veer, zoals in de vorm van schroeven die, volgens een bijzonder kenmerk van de uitvinding, doorheen de voornoemde uitlaatleischoepen 16 zijn geschroefd.

Zulke variante van turbocompressor 1 waarbij schroeven doorheen de uitlaatleischoepen 16 zijn geschroefd, is bijvoorbeeld interessant bij toepassingen met brede uitlaatleischoepen 16.

De diffusor 14 kan volgens een ander bijzonder kenmerk van de uitvinding ook op nagenoeg onlosmaakbare wijze tegen het inlaatstuk 6 worden bevestigd, bijvoorbeeld door middel van kleven, lassen of dergelijke.

In de hiervoor beschreven uitvoeringsvorm van verbeterde turbocompressor 1 volgens de uitvinding is het inlaatstuk 6 axiaal verplaatsbaar, doch, het is volgens de uitvinding tevens mogelijk om de turbocompressor 1 te voorzien met een vast inlaatstuk 6, waarbij de speling tussen de rotor 4 en het inlaatstuk 6 eenmalig wordt ingesteld, doch, waarbij door de aanwezigheid van de voornoemde middelen 18 die de diffusor steeds tegen het inlaatstuk 6 houden, er geen aparte instelling van de diffusorhoogte meer vereist is.

Zulke verbeterde turbocompressor 1 volgens de uitvinding vertoont bijgevolg het voordeel dat de assemblage ervan sneller en eenvoudiger wordt dan bij klassieke turbocompressoren.

Het spreekt voor zich dat een verbeterde turbocompressor 1 kan worden aangewend voor het comprimeren van eender welk gas of mengsel van gassen, zoals lucht of dergelijke.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch, een verbeterde turbocompressor volgens de uitvinding kan in velerlei vormen en afmetingen worden uitgevoerd, zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (12)

1. Verbeterde turbocompressor die bestaat uit een behuizing (2) met een slakkenhuis (3) waarin een rotor (4) verdraaibaar door middel van een as (5) is aangebracht en een inlaatstuk (6) dat een axiale geleiding vormt voor het door de rotor (4) aangezogen gas, waarbij aan de perszijde van de rotor (4) een diffusor (14) is voorzien met een aantal uitlaatleischoepen (16), daardoor gekenmerkt dat de turbocompressor (1) is voorzien van middelen (18) die de diffusor (14) steeds met zijn uitlaatleischoepen (16) tegen het inlaatstuk (6) houden.

2, - Verbeterde turbocompressor volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde middelen (18) die de diffusor (14) steeds met zijn uitlaatleischoepen (16) tegen het inlaatstuk (6) houden, in de vorm van schroeven zijn uitgevoerd.

3, - Verbeterde turbocompressor volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde schroeven doorheen de voornoemde uitlaatleischoepen (16) zijn geschroefd.

4. Verbeterde turbocompressor volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde middelen (18) die de diffusor (14) steeds met zijn uitlaatleischoepen (16) tegen het inlaatstuk (6) houden, zijn uitgevoerd in de vorm van elastische middelen die de diffusor (14) tegen het inlaatstuk (6) drukken.

5. Verbeterde turbocompressor volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het voornoemde inlaatstuk (6) axiaal verplaatsbaar ten opzichte van de rotor (4) is uitgevoerd en dat de turbocompressor (1) middelen omvat om tijdens de werking van de turbocompressor (1) de axiale speling tussen het inlaatstuk (6) en de rotor (4) te kunnen instellen.

6. Verbeterde turbocompressor volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde middelen voor het instellen van de axiale speling tussen het inlaatstuk (6) en de rotor (4) een actuator (10) omvatten voor het axiaal verplaatsen van het inlaatstuk (6).

7. Verbeterde turbocompressor volgens conclusie 5 of 6, daardoor gekenmerkt dat deze is voorzien van middelen voor het bepalen van de axiale speling tussen het inlaatstuk (6) en de rotor (4) , en dat deze speling wordt geregeld naar een gewenste waarde, in functie van de voornoemde bepaling.

8. Verbeterde turbocompressor volgens conclusie 7, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde middelen voor het bepalen van de axiale speling tussen het inlaatstuk (6) en de rotor (4), zijn uitgevoerd in de vorm van één of meer van de volgende meetmiddelen: een afstandssensor (13) die de axiale speling tussen het inlaatstuk (6) en de rotor (4) bepaalt, een toerentalsensor en/of een druksensor.

9. Verbeterde turbocompressor volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde actuator (10) is uitgevoerd in de vorm van een pneumatische, hydraulische elektrische en/of elektronische actuator.

10. Verbeterde turbocompressor volgens één van de conclusies 6 tot 9, daardoor gekenmerkt dat deze is voorzien van een controller die is verbonden met de voornoemde middelen voor het meten van de axiale speling tussen het inlaatstuk (6) en de rotor (4), en met de voornoemde actuator (10) voor het axiaal verplaatsen van het inlaatstuk (6) , en dat deze controller is voorzien van een algoritme dat de gemeten speling tussen het inlaatstuk (6) en de rotor (4) vergelijkt met een gewenste waarde en, bij een afwijking tussen beide waarden, de actuator (10) aanstuurt voor het regelen van deze speling.

11. Verbeterde turbocompressor volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat het voornoemde inlaatstuk is voorzien van een flens (7) of andere bevestigingsmiddelen waarmee dit inlaatstuk (6) beweegbaar ten opzichte van het slakkenhuis (3) en/of een eindflens (8) op dit slakkenhuis (3) is gemonteerd en dat de voornoemde actuator (10) ter hoogte van deze flens (7) is voorzien.

12. Verbeterde turbocompressor volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat deze is voorzien van een aanslag (11) voor het inlaatstuk (6), die zo is gepositioneerd dat bij stilstand van de turbocompressor (1) steeds een vooringestelde axiale speling tussen het inlaatstuk (6) en de rotor (4) wordt gegarandeerd.