CH216489A - Multi-stage axial compressor. - Google Patents

Multi-stage axial compressor.

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CH216489A
CH216489A CH216489DA CH216489A CH 216489 A CH216489 A CH 216489A CH 216489D A CH216489D A CH 216489DA CH 216489 A CH216489 A CH 216489A
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CH
Switzerland
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flow
boundary
stage
axial compressor
stage axial
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German (de)
Inventor
Aktiengesellschaft Gebr Sulzer
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Sulzer Ag
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/028Layout of fluid flow through the stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/141Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/142Shape, i.e. outer, aerodynamic form of the blades of successive rotor or stator blade-rows
    • F01D5/143Contour of the outer or inner working fluid flow path wall, i.e. shroud or hub contour
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/68Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers
    • F04D29/681Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing by influencing boundary layers especially adapted for elastic fluid pumps

Description

  

  Mehrstufiger     Axialoerdiehter.       Die Erfindung bezieht sich auf einen  mehrstufigen     Axialverdichter    und ist da  durch gekennzeichnet, dass der die Schaufel  kränze enthaltende Förderkanal in radialer  Richtung mindestens auf einer Seite durch  Zylinderflächen begrenzt ist, die stufenför  mig aneinander gereiht sind. Vorteilhaft wird       rler    den Laufkranz und ,den Leitkranz einer       Verdichterstufe    enthaltende Teil des     Förder-          kanals    innen und aussen je durch eine Zylin  derfläche begrenzt.  



  Bei     AYialverdichtern    bilden sich an den  Begrenzungsflächen des die Schaufelkränze  enthaltenden     Förderkanals    Grenzschichten       verzögerter    Strömungsgeschwindigkeit aus.  Wenn die Dicke dieser Grenzschichten so  gross wird, dass grössere Endstücke der Lauf  und Leitschaufeln in diese hineinragen, so  stellen     sich    - der verminderten     Strömungs-          geschwindigkeit    wegen -     AblösunbgserscUei-          nungen    ein, die die Strömungsverhältnisse  ungünstig beeinflussen und damit den Wir  kungsgrad     derMaschine    verschlechtern.

   Wird  die     Grenzschichtdicke    durch Absaugen ver-    mindert, so werden wohl Verluste,     die    wegen       Ablösungserscheinungen    eintreten     könnten,          verhütet;    anderseits entstehen aber infolge  der     Absaugung    Verluste, welche ebenso     gross     oder noch grösser wie die durch Strömungs  ablösung hervorgerufenen Verluste werden.

    Auch die einfache     Beschleunigung    der     Ge-          samtströmung    vermag keinen wesentlichen  Vorteil zu bringen, weil infolge der erhöhten  Geschwindigkeit in den     letzten    Stufen die  Schaufelhöhe so klein wird,     dass    das Verhält  nis der     Grenzschichtdicke    zur verminderten       Schaufelhöhe        gegenüber    den     Verhältnissen     bei nicht beschleunigter     Strömung    kaum klei  ner oder in vielen Fällen sogar vergrössert       wird.     



  Wird -die Begrenzung des     Förderkanals     durch Zylinderflächen gebildet, die - sofern  sie nicht .den gleichen Durchmesser     besitzen     - stufenförmig aneinander gereiht sind, so  ergeben sich sprunghafte     Änderungen,    wel  che die .in einer Stufe sich bildende     Grenz-          schicht    beim Übergang in die nächste Stufe      mindestens     teilweise    zerstören, so dass ihre  Dicke entsprechend verkleinert wird.  



  Die Erfindung ist nachstehend an Hand  der Zeichnung näher erläutert.     Fig.    1 bis 3  zeigen bekannte Ausführungen von Axial  verdichtern.     Fig.    4 bis 6 zeigen     Ausfüh-          rungsbeispiele    der Erfindung. Endlich sind  durch die     Fig.    7 die Strömungsverhältnisse  dargestellt, die sich beim Übergang von einer  Stufe zur nächsten     einstellen.     



  Beim     Durchtritt    des zu     verdichtenden     Mittels durch die bekannten Verdichter  <U>('Fit'-.</U> 1 bis 3) verkleinert sich mit wachsen  der Verdichtung das spezifische Volumen. Es  wurden deshalb, um eine     konstante    Durch  trittsgeschwindigkeit durch den ganzen     För-          derkanal    1 des Verdichters einzuhalten, eine  oder     beide    der Begrenzungsflächen 2 und 3  des Förderkanals     kegelig    ausgebildet.  



  Gemäss der Erfindung wird auf     die    ste  tige Begrenzung des Strömungskanals     (Fig.    4  bis 6) verzichtet;     die    Begrenzungsflächen 2  und 3 werden vielmehr durch Zylinderflächen  gebildet, die mindestens teilweise stufen  förmig aneinander gereiht sind.  



  Beim     Ausführungsbeispiel    nach     Fig.    4  sind die äussere und die innere Begrenzungs  fläche 2 und 3, beim Ausführungsbeispiel  nach     Fig.    5 nur die innere     Begrenzungsfläche      < 3 und beim     Ausführungsbeispiel    nach     Fig.    6  nur die äussere Begrenzungsfläche 2 aus  stufenförmig aneinander     gereihten    Zylinder  flächen gebildet.

   Die Verengung des Kanal  querschnittes     ist    derart     bemessen,    dass die  mittlere Geschwindigkeit in den einzelnen  Stufen ungefähr gleich gross ist.     Vorteilhaft     erfolgt der     Übergang    von einer Stufe zur fol  genden zwischen einem Laufrad und dem  nachfolgenden     Leitrad,    da das     Leitrad    als       solches    schon als     Diffusor    zur     Wirkung     kommt.  



  Die     Übergänge    an den Stufen zwischen  zwei Zylindern     verschiedenen    Durchmessers  werden zweckmässig mit Abrundungen aus  geführt, die     tangential    in die anschliessende  Zylinderfläche übergehen. In     Fig.    7 sind    einige Strömungsfäden 4 und 5 in der Um  gebung des     Überganges    von     einer    Zylinder  fläche 6 mit dem Durchmesser D in die Zy  linderfläche 7 mit dem Durchmesser d dar  gestellt.

   Zwischen der Zylinderfläche 6 und  dem Strömungsfaden 5 hat sich eine     Grenz-          schiert    von der Dicke S ausgebildet, die bei  der     Übergangsstufe    zwischen den Zylinder  flächen 6 und 7 infolge der Strömungsunste  tigkeit auf die Dicke     s    verkleinert wird. Die  Geschwindigkeitsverteilung an den     Stellen    8       bezw.    9 ergibt sich     aus    den Kurven 10     bezw.     11.

   Im     Bereich    der normalen Strömung     weist     die Geschwindigkeit an beiden Stellen 8 und  9 den gleichen Wert     T'    auf; sie fällt aber im  Bereich der Grenzströmung bis auf den Wert  0 an der     Begrenzungsfläche    ab. Durch die       Einschnürung    werden die langsamer strömen  den Mengen im     Bereich    der Grenzschicht an  der Zylinderfläche 6 am meisten     heschleu-          nigt,    so dass .die     Grenzschichtdicke    nach der       Einschnürung        entsprechend    kleiner wird.

   Die  Strömung ausserhalb der Grenzschicht wird  durch die     Einschnürung    nur     unwesentlich        be-          einflusst,    so dass die Geschwindigkeit im Be  reich der ganzen Strömung im wesentlichen  unverändert bleibt.



  Multi-stage axial puller. The invention relates to a multi-stage axial compressor and is characterized in that the conveying channel containing the blade wreaths is delimited in the radial direction at least on one side by cylindrical surfaces which are lined up in a step-like manner. Advantageously, the running ring and the part of the conveying channel containing the guide ring of a compressor stage are delimited inside and outside by a cylinder surface.



  In axial compressors, boundary layers of delayed flow velocity are formed on the boundary surfaces of the conveyor channel containing the blade rings. If the thickness of these boundary layers is so great that larger end pieces of the runner and guide vanes protrude into them, then - due to the reduced flow speed - separation prevention occurs which has an unfavorable influence on the flow conditions and thus deteriorates the efficiency of the machine.

   If the boundary layer thickness is reduced by suction, losses that could occur due to detachment phenomena are probably prevented; on the other hand, however, as a result of the suction, losses occur which are as large or even greater than the losses caused by the flow separation.

    Even the simple acceleration of the total flow cannot bring any significant advantage, because as a result of the increased speed in the last stages the blade height becomes so small that the ratio of the boundary layer thickness to the reduced blade height is hardly smaller or less than the ratio of non-accelerated flow in many cases it is even enlarged.



  If the delimitation of the conveying channel is formed by cylinder surfaces which - provided they do not have the same diameter - are strung together in steps, then there are sudden changes, which are the boundary layer that forms in one step during the transition to the next step at least partially destroy them so that their thickness is reduced accordingly.



  The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Fig. 1 to 3 show known designs of axial compressors. 4 to 6 show exemplary embodiments of the invention. Finally, FIG. 7 shows the flow conditions which are established during the transition from one stage to the next.



  When the medium to be compressed passes through the known compressors <U> ('Fit'-. </U> 1 to 3), the specific volume decreases as the compression increases. Therefore, in order to maintain a constant passage speed through the entire delivery channel 1 of the compressor, one or both of the boundary surfaces 2 and 3 of the delivery channel have a conical shape.



  According to the invention, the ste term limitation of the flow channel (FIGS. 4 to 6) is dispensed with; the boundary surfaces 2 and 3 are rather formed by cylinder surfaces which are at least partially strung together in a stepped manner.



  In the embodiment of FIG. 4, the outer and inner boundary surfaces 2 and 3, in the embodiment of FIG. 5 only the inner boundary surface <3 and in the embodiment of FIG. 6 only the outer boundary surface 2 are formed from stepped cylinder surfaces.

   The narrowing of the channel cross-section is dimensioned in such a way that the average speed in the individual stages is approximately the same. Advantageously, the transition from one stage to the following takes place between an impeller and the following stator, since the stator as such acts as a diffuser.



  The transitions at the steps between two cylinders of different diameters are expediently rounded off, which merge tangentially into the adjoining cylinder surface. In Fig. 7, some flow threads 4 and 5 are in the order of the transition from a cylinder surface 6 with the diameter D in the cylinder surface 7 with the diameter d is provided.

   Between the cylinder surface 6 and the flow filament 5, a boundary of thickness S has formed, which is reduced to the thickness s at the transition stage between the cylinder surfaces 6 and 7 due to the unfavorable flow. The speed distribution at the points 8 respectively. 9 results from the curves 10 respectively. 11.

   In the normal flow range, the speed at both points 8 and 9 has the same value T '; however, it falls in the area of the boundary flow down to the value 0 at the boundary surface. As a result of the constriction, the more slowly flowing quantities in the area of the boundary layer on the cylinder surface 6 are accelerated most, so that the boundary layer thickness becomes correspondingly smaller after the constriction.

   The flow outside the boundary layer is only insignificantly influenced by the constriction, so that the speed in the area of the entire flow remains essentially unchanged.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Mehrstufiger Axialverdiehter, dadurch ge kennzeichnet, dass der die Schaufelkränze enthaltende Förderkanal in radialer Richtung mindestens auf einer Seite durch Zylinder flächen begrenzt ist, die stufenförmig anein ander gereiht sind. PATENT CLAIM: Multistage Axialverdiehter, characterized in that the conveying channel containing the blade rings is limited in the radial direction at least on one side by cylinder surfaces which are lined up in a stepped pattern. UNTERANSPRUCH Mehrstufiger Axialverdichter nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der den Laufkranz und den Leitkranz einer Ver- dichterstufe enthaltende Teildes Förderkanals innen und aussen je durch eine Zylinderfläche begrenzt ist. SUBCLAIM Multi-stage axial compressor according to patent claim, characterized in that the part of the conveying channel containing the running ring and the guide ring of a compressor stage is delimited inside and outside by a cylinder surface.
CH216489D 1940-04-04 1940-04-04 Multi-stage axial compressor. CH216489A (en)

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