CH242692A - Schleuderverdichter für hohe Stufendruckverhältnisse. - Google Patents

Description

      Schlenderverdichter    für hohe     Stufendruckvervältnisse.       Die     Erfindung    bezieht sich auf     einen     Schleuderverdichter für hohe Stufendruck  verhältnisse, und sie besteht darin, dass die.

    Schaufeln des Läufers diagonale Erstreckung  besitzen und zwei Zonen aufweisen, wobei in  der     Eintrittszone    der     rückwärtsgekrümmten     Schaufelfläche der     Neigungswinkel    gegen die       Umfangsrichtung    vom Wert für     stossfreien          Eintritt    bei normaler     Belastung    auf einen  Höchstwert     ansteigt,    während in der     Aus-          trittszone    die     rückwärtsgekrümmten    Schau  felflächeneinen     abnehmenden    Neigungswin  kel besitzen,

   dessen     Cosinus    an der Austritts  stelle grösser ist als das     Verhältnis    der rela  tiven     Geschwindigkeit    des Fördermediums  zur doppelten Umfangsgeschwindigkeit des  Läufers, so dass der     Neigungswinkel    vom       Höchstwert    auf einen Wert vermindert wird.  bei welchem die absolute Austrittsgeschwin  digkeit die Schallgeschwindigkeit nicht so  weit übersteigt, dass     1Vlachsche    Schallwellen  sich ausbilden können.  



  Die mit dem Schleuderverdichter gemäss  der     Erfindung    erzielbaren Vorteile sind strö-         mungs-,        herstellungs-    und betriebstechnischer  Art. Durch die Zunahme des Neigungswin  kels der     Schaufeln    gegen die Umfangsrich  tung vom     Eintritt    an in Strömungsrichtung  bis zu einem Höchstwert erfolgt eine von  einem Druckanstieg begleitete Verzögerung  der Relativströmung.

   Infolge des in dieser  Läuferzone     vornehmlich    vorhandenen axialen       Strömungsverlaufes    treten keine     wesentlichen          Einflüsse    der Zentrifugal- und     Coriolis-Be-          schleunigung    in Erscheinung.

   Das. in dieser  Weise der zweiten Läuferzone zuströmende  Medium weist infolge seiner     Vorverdichtung     ein höheres spezifisches Gewicht auf, so dass  durch die Stromführung von kleinerem auf  grössere Durchmesser unter der Wirkung star  ker Zentrifugal- und     Coriolis-Beschleunigun-          gen    eine Erhöhung des     Stufendruckverhält-          nisse.s    ermöglicht wird.  



  In der zweiten,     austrittseitig    gelegenen  Läuferzone mit     rückwärtsgekrümmten    Schau  feln     nimmt    der Schaufelneigungswinkel  gegen die Umfangsrichtung bis     zum    Schau  felaustritt ab, wodurch     neben    der erwünsch-           ten    Herabsetzung der absoluten     Austrittsge-          schwindigkeit    eine relative     Beschleunigung     der Strömung eintritt, die einer     allzuhohen          Schaufelbelastung    und von dieser     bewirkten          Strömungsablösungen    entgegenwirkt.

   Die       Energieübertragung    von den Schaufeln auf  das     Fördermedium    kann sich daher ungestört  vollziehen.  



  Die     beiden    strömungstechnisch verschie  den sich     verhaltenden    Läuferzonen sind in  folge des kleinen Läuferdurchmessers auf der       Eintrittsseite    und der grösser werdenden  Durchmesser gegen die Austrittsseite     hin     stark verschiedenen     Fliehkraftbeanspruchun-          gen        unterworfen.    Der in     Strömungsrichtung     abnehmende     Schaufelwinkelverlauf    kann am  im Durchmesser     zunehmenden    Läuferteil,  z. B. durch konstante     Steigung    der Schaufeln,  erhalten werden.

   Diesen     herstellungs-    und       betriebstechnischen    Verschiedenheiten ist bei  einer bevorzugten Ausführungsform des       Schleuderverdichters    dadurch Rechnung ge  tragen, dass der Läufer in zwei Teile unterteilt  ist, die mit Vorteil aus verschiedenen Werkstof  fen und getrennt hergestellt werden. Der Ein  trittsteil ist     infolgeseineskleinerenDurchmes-          sers    einer geringeren mechanischen Beanspru  chung     ausgesetzt    als der Austrittsteil.

   Zu seiner       Herstellung    kann daher ein Werkstoff von  geringerer Festigkeit bei     weniger    Sorgfalt  erfordernder Herstellungsart verwendet wer  den     als    für-den infolge der hohen     Umfangs-          geschwindigkeiten    höchst beanspruchten und  daher zweckmässig wenigstens     angenähert    als  Scheibe von gleicher Festigkeit ohne zentrale  Bohrung ausgebildeten     Austrittsteil.    So  könnte der     Eintrittsteil    mit,     seiner    Nabe als       Güssstück,    z.

   B. aus     Stahlguss,    Leichtmetall  guss oder dergleichen, ausgeführt     sein.    Es  wäre auch möglich, die     Schaufeln    des     Ein-          trittsteils        zusammen    mit der Nabe als     Press-          stück,    z. B. aus einem Kunststoff, wie Bake  lit,     Pressspan    oder dergleichen, anzufertigen.

    Im     weiteren    könnten die Schaufeln und die  Nabe des     Eintrittsteils    jedes für sich aus     ge-          pressten        Werkstücken    hergestellt sein und       beispielsweise    ' durch     Schweissung    oder mit  tels     Nabennitten    miteinander vereinigt wer-    den. Die Schaufeln des     Eintrittsteils    könn  ten     in        einem    spanabhebenden Arbeitsverfah  ren, z. B. durch Fräsen aus dem vollen oder  vorgeformten Material,     zusammen    mit der  Nabe aus     einem    Stück bestehen.

    



  Die zweiteilige Ausführung des     Ver-          dichterläufers    besitzt     im    weiteren den Vor  teil, dass ein und derselbe Austrittsteil da  durch für verschiedene Betriebsbedingungen  verwendet werden kann, dass mit diesem aus  wechselbare     Eintrittsteil        zusammengebaut     werden, weil nur diese     in        weitem    Rahmen  den wechselnden Betriebsbedingungen anzu  passen sind. Die Schaufelzahl des     Eintritts-          teils    kann gleich, kleiner oder grösser als die  jenige des     Austrittsteils    sein.

   Bei gleicher  Schaufelzahl am     Eintrittsteil    und am Aus  trittsteil können die Schaufeln aneinander an  geschlossen oder gegeneinander versetzt sein.  Sind die Schaufeln am Austrittsteil und am  Eintrittsteil gegeneinander versetzt, so kön  nen die Winkel beider zur     Umfangsrichtung.     an der Versatzstelle gleich oder verschieden  sein. Die Ausbildung der Schaufeln könnte in  Tragflächenform erfolgen.     Konstruktiv    kann  der Schleuderverdichter derart durchgebildet  sein, dass ein rasches Auswechseln des     Ein-          trittsteils    gegen einen solchen von einer an  dern Eintrittscharakteristik möglich ist.

   Fer  ner     können    mehrere Eintrittsteile, deren  Schaufeln zusammen die     Eintrittszone    bilden,  einem     Austrittsteil    vorgebaut     sein.     



  Den Eintrittsteilen könnten feststehende  oder verstellbare Leitschaufeln vorgeschaltet  sein. Sofern dieselben     feststehend    angeordnet  sind, wäre es möglich, sie als mit dem Ein  trittsgehäuse verbundene Tragrippen zur  Aufnahme eines Läuferlagers auszubilden.  



  Um die Zuführung des Fördermediums  zum Eintrittsteil veränderlichen Betriebs  charakteristiken anzupassen und hohe Wir  kungsgrade über     einen    grösseren Betriebs  bereich zu gewährleisten, können die     Leit-          schaufeln    so ausgebildet     sein,    -     däss    sie im  Stillstand oder     während    des Betriebes ver  stellt werden können. Sie können um eine zur  Läuferachse parallele, dieselbe schneidende  oder     windschief    kreuzende Achse drehbar      oder längs einer solchen verschiebbar sein.

    Ausser den     Leitschaufeln    könnten auch die  Schaufeln eines oder mehrerer     Eintrittsteile          in    der genannten Weise verstellbar vor  gesehen sein. Bei selbsttätig während des  Betriebes verstellbaren Schaufeln könnte dies       tmter    Heranziehung von elektrischen,     hydrau-          a          lischen,    magnetischen,     pneumatischen    oder  mechanischen Mitteln und in Abhängigkeit  von einer oder mehreren Betriebsgrössen, z. B.  des Druckes des     Fördermediums,    erfolgen.  



  Sofern die Schaufeln eines     Eintrittsteils     und eines. Leitapparates verstellbar vorgese  hen sind, könnte deren     Verstellmechanismus,     beispielsweise mittels einer     Funktionsscheibe,          miteinander    gekuppelt sein, um einen hohen  Gesamtwirkungsgrad zu erzielen; wobei die       Gesamtverstellung    selbsttätig oder von Hand  vorgesehen sein könnte.  



  Beispielsweise Ausführungsformen des Er  findungsgegenstandes sind auf den beiliegen  den Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigt:       Fig.    1 in einem     Längsschnitt    einen  Schleuderverdichter, dessen Läufer aus     einem     Stück besteht und       Fig.    2 eine seitliche Ansicht des Läufers,  während       Fig.    3 die     Schaufelabwicklung    nach der  Linie     I-1    der     Fig.    2     darstellt.     



  In     Fig.    4 ist ein Schleuderverdichter mit  einem zweiteiligen Läufer im Längsschnitt  dargestellt.  



       Fig.    5 und 6 zeigen zweckmässige Schau  felpläne von einem aus einem Eintritts- und  einem Austrittsteil bestehendem Verdichter  läufer in der     Abwicklung    nach der     Schnitt-          linie        II-II    der     Fig.    4.  



       Fig.    7 zeigt einen Schleuderverdichter;  dessen Laufrad vierteilig ausgebildet ist, in  einem Längsschnitt und       Fig.    8     einen    zugehörigen Schaufelplan,  abgewickelt nach der Linie     IH        -IH    von       Fig.    7.  



  Der Schleuderverdichter gemäss     Fig:    1  und 2 weist einen Läufer 1 auf, welcher mit  den     rückwärtsgekrümmten,_,schraubenförmig     angeordneten Schaufeln 2 von diagonaler Er  streckung versehen ist. Zwecks Vermeidung    von Biegebeanspruchungen weisen die Schau  feln in Querschnitten normal zur Läufer  achse radiale Erstreckung auf. Der zentral  nicht durchbohrte Läufer 1 ist an der Welle  3 angeflanscht und fliegend in     einer    oder  mehreren Lagerstellen 4 gelagert. An der       Eintrittsseite    ist am Läufer 1 die Deckhaube  5 angeschlossen.

   Der Täufer 1 ist vom     Ge-          häuse    6 umgeben, welches über einen     Diffu-          sor    7 in die     Austrittsspirale    8 überleitet.  



  Die in diagonaler Erstreckung am Läufer  körper 1 schraubenförmig angeordneten  Schaufeln 2     (Fig:    1, 2' und 3) weisen zwei  Zonen E und F     (Fig.    2 und 3) auf. Im Be  ginn der     Eintrittszone    E schliessen die Schau  feln 2 gegen die Umfangsrichtung     ix    den  Neigungswinkel     ss,    ein, wie er für gegebene       Betriebsbedingungen    bei normaler Belastung       fürstossfreienEintritt    aus dem Eintrittsdreieck  erhalten wird und z. B. 30  aufweise.

   In Strö  mungsrichtung gemäss Pfeil A     nimmt    der       Winkel    bis zu einem     Höchstwert        ss2    zu, der  z. B. 60  betrage. In der     Austrittszone    nimmt  der Winkel, den die     Schaufelflächen    gegen       die        Umfangsrichtung        einschliessen,    auf den       Austrittswinkel        ss3    ab.

   Der     Cosinus    des Win  kels     ss3    ist grösser als das Verhältnis der rela  tiven Geschwindigkeit     des    Fördermediums  zur doppelten Umfangsgeschwindigkeit des  Läufers. Der Winkel wird bei praktisch auf  tretenden Betriebsverhältnissen z. B. etwa  45  betragen.

   Die Trennung der Zonen     E.    und  F in     Fig.    2 und 3 findet     etwa    der Linie     B-B     entlang statt, bei welcher die     Schaufelkrüm-          mung    einen Wendepunkt aufweist.     Zwischen     den     beiden    Zonen könnte eine dritte Zone mit  dem Winkel     ss"    vorgesehen sein.

   Während die  Schaufeln bei vorwiegend axialer Erstreckung  des     Eintrittsteils        eine        zunehmende    Steigung  aufweisen, und einen     zunehmenden    Strö  mungsquerschnitt freigeben, kann der Aus  trittsteil bei stark radialer und     weniger    stark       axialer        Erstreckung    eine konstante Schaufel  steigung     besitzen,    wodurch die erwünschte  Abnahme des Schaufelneigungswinkels gegen  die     Umfangsrichtung    vom Höchstwert     ss2    bis  zum     Austrittswinkel        ss3    gewährleistet ist.  



  Der Schleuderverdichter nach     F'ig.    4 be-      sitzt einen     Austrittsteil    9, welcher mit den       Schaufeln    10 aus dem vollen     Material    gear  beitet     ist.    Als Werkstoffe werden zweck  mässig Leichtmetallegierungen von höchsten       Festigkeitswerten    verwendet, z.

   B.     Dural,     Elektron und dergleichen,     um    die bei Um  fangsgeschwindigkeiten von 400     m/sec    und  darüber auftretende     Fliehkraftbeanspruchung          aufnehmen    zu     können.    Durch     Rückwärts-          schraübung    in axialer Richtung schliessen sie  gegen die     Umfangsrichtung    einen Winkel ein,

    dessen     Cosinus    grösser ist als das Verhältnis  der relativen     Geschwindigkeit    des     Förder-          mediums    zur doppelten Umfangsgeschwindig  keit des     Läufers.    Dadurch lässt sich trotz über  der Schallgeschwindigkeit des Fördermediums  liegender     Läuferumfangsgeschwindigkeit    die  absolute     Austrittsgeschwindigkeit    des     För-          dermediums    unter seine Schallgeschwindig  keit     bringen    und das Auftreten der Mach  sehen     Wellen    verhindern.

   Damit der     Aus-          trittsteil    9 die hohe     Fliehkraftbeanspruchüng          erträgt,    ist er     mindestens    annähernd als  Scheibe gleicher Festigkeit     ausgebildet.    Zur  Vermeidung von gefährlichen Randspannun  gen ist dieser Austrittsteil 9 ohne zentrale  Bohrung ausgeführt und an der Welle 3 an  geflanscht, sowie an der     Eintrittsseite    mit einer       innlaufenden        Zentriernut    11 versehen,     inwelche          der    ringförmige     Fortsatz    der Nabe 12,

   des  mit     Eintrittsschaufeln    13 ausgerüsteten Ein  trittsteils     eingesetzt    und- gegen Drehung rela  tiv zum     Austrittsteil    9 gesichert ist. Mittels  des in der Nabe des     Austrittsteils    9 befestig  ten Bolzens 14 und der an diesem angeordne  ten Deckhaube 15 wird der Eintrittsteil 12,  13 am     Austrittsteil    9 gegen axiale Verschie  bungen gesichert.  



  Die     Eintrittsschaufeln    13     (Fix.    4)     sind     mit Vorteil     tragflügelähnlich    ausgebildet und  nach einem der in     Fig.    5 und 6 dargestellten       Schaufelpläne    angeordnet. Der nur auf der       Austrittsseite    gelagerte Läufer ist vom Ge  häuse 6 umgeben, das in den     Diffusor    7 und  die     Austrittsspirale    8 überführt ist. Die  Schaufelausbildung und Anordnung ent  spricht im wesentlichen     derjenigen    von     Fig.    1,  2 und 3.

      Der in     Fig.    7 gezeigte Schleuderverdich  ter weist einen Austrittsteil 9 auf, welcher  im     wesentlichen    in gleicher Weise ausgebil  det ist     .wie    der in     Fig.    4 gezeigte     Austritts-          teil.    Der Eintrittsteil 15 ist in einer umlau  fenden Nut 11 des Austrittsteils 9 und dem  entsprechend die Eintrittsteile 17 und 18 in       zylindrischen    Vertiefungen 16     zentriert.    Mit  tels des Bolzens 19, der einen Bund 20 auf  weist, sind die     Eintrittsteile    15, 17 und 18  am Austrittsteil 9 befestigt.

   Der Bolzen 19  ist an     ,seinem    freien Ende um den Zapfen 21  verlängert, auf dem die Deckhaube 22 ge  lagert ist. Letztere ist mit Stützrippen 23 am  Gehäuse 6 befestigt.  



  Die     Schaufelung    24 der Eintrittsteile 15,  17 und     1K    (Fix. 7)     können    gemäss dem in       Fig.    8 dargestellten Schaufelplan gitterför  mig gegeneinander versetzt angeordnet sein.  Sie könnten aber auch in stetiger Fortsetzung  über alle drei Eintrittsteile     hinweg    an die  Schaufeln 10 des     Austrittsteils    9 anschliessen.  



  Sind die Schaufeln des     Eintrittsteils    und  des Leitapparates verstellbar, so können     ihre          Verstellvorrichtungen    beispielsweise     mittels     einer Funktionsscheibe miteinander gekuppelt  sein, wobei die Gesamtverstellung selbsttätig  in Abhängigkeit von einer oder mehreren Zu  standsgrössen oder von Hand erfolgen kann.  Dadurch     lä,sst    sich ein hoher Gesamtwirkungs  grad über einen grösseren Betriebsbereich er  zielen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Schleuderverdichter für hohe Stufen druckverhältnisse, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln des Läufers diagonale Er- stzeckung besitzen und zwei Zonen aufweisen; wobei in der Eintrittszone der rückwärtsge- krümmten Schaufelfläche der Neigungswin kel gegen. die Umfangsrichtung vom Wert für stossfreien Eintritt bei normaler Bela stung auf einen Höchstwert ansteigt, wäh rend in der Austrittszone die rückwärtsge- krümmten Schaufelflächen einen abnehmen den Neigungswinkel besitzen,

   dessen Cosinus an der Austrittsstel_le-grösserist als das Verhält nis der relativen Geschwindigkeit des Förder- mediums zur doppelten Umfangsgeschwindig- keit des Läufers, so dass der Neigungswinkel vom Höchstwert auf einen Wert vermindert wird, bei welchem die absolute Austrittsge- schwindigkeit die Schallgeschwindigkeit nicht so weit überschreitet,

   dass Machscbe Schall wellen sich ausbilden können. UNTERANSPRüCHE 1. :Schleuderverdichter nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein trittszone und die Austrittszone der Schau feln auf getrennt hergestellten, miteinander verbundenen Läuferteilen angeordnet sind. 2. Schleuderverdichter nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer im Bereich des Wendepunktes der Schaufelkurve -unterteilt ist. 3. Schleuderverdichter nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet,, dass die Schaufelquerschnitte normal zur Läufer achse eine radiale Erstreckung aufweisen. 4.

   Schleuderverdichter nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schaufeln des Ein trittsteils mit der Nabe als Gussstück herge stellt sind. 5. Schleuderverdichter nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schaufeln des Eintritts teils mit der Nabe als Pressstück hergestellt sind. 6. Schleuderverdichter nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass getrennt von der Nabe des Eintrittsteils hergestellte Schaufeln an ihr befestigt sind.

   7. Schleuderverdichter nach Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln des Eintrittsteils in spanabheben dem Arbeitsverfahren zusammen mit der Nabe aus einem Stück hergestellt sind. -8. Schleuderverdichter nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schaufelung des Ein trittsteils an jene des Austrittsteils ange schlossen ist.

   9., Schleuderverdichter nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge- - kennzeichnet, dass die Schaufelung des Ein- trittsteils gegenüber jener des Austrittsteils versetzt ist, wobei die Schaufelwinkel an der Versatzstelle gleich sind. 10.

   Schleuderverdichter nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schaufelung des Ein- trittsteils gegenüber jener des Austrittsteils versetzt ist, wobei die Schaufelwinkel des einen Teils und der Schaufelwinkel des an dern Teils an der Versatzstelle verschieden gross sind. 11. Schleuderverdichter nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Eintrittsteil am Aus- trittsteil auswechselbar vorgesehen ist. 12.

   Schleuderverdichter nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass einem Eintrittsteil ein Leitapparat zugeordnet ist. 13. Schleuderverdichter nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schaufeln des. Ein- trittsteils verstellbar sind. 14. Schleuderverdichter nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dessen' Ein- trittsteil ein Leitapparat zugeordnet ist, da durch gekennzeichnet, dass die Schaufeln des Leitapparates verstellbar sind. 15.

   Schleuderverdichter nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1, 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvor- richtungen der .Schaufeln des Eintrittsteils und der Leitschaufeln miteinander gekuppelt sind. 16. Schleuderverdichter nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Austrittsteil wenig stens angenähert als .Scheibe gleicher Festig keit ohne zentrale Bohrung ausgebildet ist. 17.

   Schleuderverdichter nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1, 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelver stellung selbsttätig in Abhängigkeit von min destens einer Zustandsgrösse erfolgt.