Schleuderverdichter für hohes Stufendruckverhältnis. Die Erfindung bezieht sieh auf einen Schleuderverdichter für hohes Stufendruck verhältnis, dessen Laufrad zusammen mit den Schaufeln aus einem Stiiek hergestellt ist. und bestimmt ist, mindestens im Bereich des äussern Umfanges mit einer über der Schall geschwindigkeit des Fördermediums liegenden Geschwindigkeit umzulaufen, wobei die Schaufeln zur biegungslosen Aufnahme der Fliehkräfte in zur Läuferachse senkrechten Ebenen radial gerichtete Schnitte aufweisen.
Das durch einen Schleuderverdichter er reichbare Druekverhältnis wurde im Laufe der Entwieklung hauptsächlich durch Steige ; rung der Umfangsgeschwindigkeit des Läu fers ständig erhöht. Die mechanische Bean spruchung des Läufers neuester Bauarten von Schleuderverdichtern liegt der schon in den Bereich der Schallgeschwindigkeiten fallen den Umfangsgeschwindigkeiten wegen recht hoch, weshalb die Läufer nur noch mit. rein radialer Erstreckung sowohl der Schaufeln wie auch der Strömung ausgeführt. wurden.
Da die absolute Austrittsgesehwindigkeit des verdichteten Gases bei radialer Richtung der Schaufelkanäle noch grösser als die Rad umfangsgeschwindigkeit ausfällt., liegt sie um einen bedeutenden Betrag über der Sehall geschwindigkeit. Rückwärtsgekrümmte @cliau- feln, welche bekanntlich die Austrittsgeschwin digkeit bei gegebener Umfangsgeschwindig keit vermindern, wurden lange vor Errei chung der Schallgeschwindigkeiten - haupt sächlich aus Erwägungen über die Festigkeit - absichtlich verlassen.
Der Wunsch nach grösseren Umfangsgeschwindigkeiten und er höhten Förderdrücken liess sich nur durch Verwendung rein radialer Laufschaufeln ver- wirkliehen und die hierbei sieh einstellende Steigerung der Austrittsgesehwindigkeit über die Schallgeschwindigkeit hinaus wurde als unwichtig betraebtet.
Die Erfindung geht von der neuen Er kenntnis aus, dass mit dem Ansteigen der Ge- sehwindigkeit des Fördermediums über seine Schallgeschwindigkeit hinaus von den Schau- felaustrittskant.en ausgehend Machsche Druck wellen sich ausbilden, welche den Wirkungs grad eines Verdichters weit mehr vermindern, als bisher angenommen wurde.
Die Vermin derung des Wirkungsgrades wächst mit stei gender Strömungsgeschwindigkeit, sie hat bis her einer weiteren Erhöhung des Druckver hältnisses eine Grenze gesetzt. Die Erfindung zeigt einen Weg, das Druekverhält.nis von Schleuderverdiehtern durch weitere Steige rung der Umfangsgescluvindigkeit noch er höhen zu können,
ohne indessen eine Vermin- derung des Wirkungsgrades in Kauf nehmen zii müssen. \ach der Erfindung sollen die Sehaufeln bei einer zur Läuferachse geneigten Richtung der Schaufelkanäle eine solche R:iiekwärtskrümmung aufweisen, dass die ab solute Austrittsgesehwindigkeit des verdichte ten Mittels dessen Schallgeschwindigkeit nicht so weit überschreitet, da.ss Machsche Druck wellen sich ausbilden.
Bei so ausgebildetem Läufer lässt sich die Umfangsgeschwindigkeit eines Verdichterläufers weit über die Schall geschwindigkeit hinaus erhöhen, ohne dass eine Einbusse des Wirkungsgrades in Kauf genom men werden muss. . Das erreichbare Stufen druckverhältnis wächst ungefähr mit der zweiten Potenz der Erhöhung der Umfangs geschwindigkeit, so da.ss bei Uindangsgeschwin- digkeiten im Bereich von über 400 m/sek. in einer einzigen Stufe ohne Schwierigkeit ein Druckverhältnis vom Betrag 2 und darüber bewältigt werden kann.
Halbaxiale Läuferformen mit rückwärts gekrümmten Schraubenschaufeln sind für langsamlaufende Ventilatoren bekannt, bei denen aus Blech oder aus gegossenem Baustoff bestehende Schaufeln so gestellt sind, dass die zur Drehachse senkrechten Querschnitte un gefähr radial gerichtet sind. Hiermit wurden gewisse Vorteile für die Blechbearbeitung und für die Schweissung oder für die Giesserei er reicht. Für die bei diesen Verdichtern weit unter der Schallgeschwindigkeit sich abspie lenden Strömungsvorgänge bleibt diese halb axiale Form jedoch bedeutungslos.
Erst bei Anwendung des halbaxialen Läufers auf Ver dichter, bei denen die SchauTelumfangsge- schwindigkeit die Schallgeschwindigkeit über schreitet - wobei das Mass der Rückwärts- krümmiing so zu wählen ist, dass keine Mach sehen Druckwellen sich ablösen können entsteht die Möglichkeit, das in einem Lauf rad erreichbare Druckverhältnis weiter ver grössern zu können, ohne unzulässige Verluste in Kauf nehmen zu müssen. Bei dem nach der Erfindung ausgebildeten Läufer lassen sich .auch noch Zwischenschau feln anordnen oder die Schaufeln unterbre chen und versetzt fortführen.
Dadurch wird noch eine weitere Verbesserung des Läufer- wirkungsgrades insofern@erreicht, als die beim Überschreiten der Schallgeschwindigkeit er höhte Gefahr der Strömungsablösung vermie den wird.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Fig. 1 zeigt vereinfacht einen einstufigen Schleuder verdichter und die Fig. 2 lind 3 stellen den Läufer nach Fig. 1 dar. Fig. 4 und 5 veran schaulichen einen Läufer mit Zwischenschau- feln, und endlich lassen Fig.6 und 7 einen Läufer mit unterbrochenen und versetzt fort geführten Schaufeln erkennen.
Der Schleuderverdichter nach Fig. 1 be sitzt einen Läufer 1, der mit den Schaufeln 2 zum Beispiel durch Schmieden und Fräsen aus dein vollen Material hergestellt ist und fliegend auf der Welle 3 sitzt. Die Luft oder ein anderes Gas wird aus dem Kanal 9 ange saugt und in verdichtetem Zustand durch das Spiralgehäuse 5 abgeführt.
Im Betrieb laufen die Schaufeln 2 (Fug. \' und 3) des Läufers 1 mit einer Umfangs- geschwindigkeit, die mindestens an den Aus trittskanten 6 die Schallgeschwindigkeit des verdichteten Mittels überschreitet. Um die hierbei erhöhten Fliehkräfte ohne Biegespan nung aufnehmen zu können, sind die Schau feln 2 so ausgeführt, dass sämtliche zur Achse X des Läufers senkrecht gelegten Schnitte I, II, III genau in Richtung der Radien r1, r.. bzw. a-" verlaufen.
Die Strömungsrichtung in den zwischen den Schaufeln entstehenden Strömungskanälen ist nicht radial gerichtet, sondern erfährt im Sinn des Pfeils 7 eine Neigung hinsichtlich der Läuferachse X. Da durch wird es ermöglicht, den Schaufeln eine solche hinsichtlich der Drehrichtung 8 rück wärtsgerichtete Krümmung zu erteilen, dass die absolute Austrittsgeschwindigkeit des ver dichteten Mittels seine Schallgeschwindigkeit nicht überschreitet.
Diese R.ückwärtskrüm- inung ermöglicht, mit einem solchen Rad ein Verdichtungsverhältnis von über 2,0 zu errei chen, ohne hierbei Störungen durch Machsche Druckwellen - die im Bereich über der Schallgeschwindigkeit entstehen würden - in Kauf nehmen zu müssen.
Der Läufer nach den Fig. 4 und 5 besitzt zwischen den Hauptschaufeln 2 noch zusätz liche Zwischenschaufeln 9, welche die Strö mung des zu verdichtenden Mittels besser lei ten und damit eine ungleiche Verteilung des zu verdichtenden Mittels innerhalb der Strö mungskanäle verhüten. Der Läufer nach den Fig. 6 und 7 besitzt. Schaufeln 10, die an den Stellen 11 unter brochen und versetzt fortgeführt sind. Da durch wird ein Ablösen der Strömung - was bei den hohen Geschwindigkeiten leicht ein treten könnte - vermieden.
Es ist. möglich, bei gewissen Betriebsbe dingungen die Strömungsgeschwindigkeit des verdichteten Mittels in geringem Mass über die Schallgeschwindigkeit steigen zu lassen, wenn noch keine Störungen des Betriebes durch Machsche Wellen verursacht werden.