CH262885A - Centrifugal compressor for high stage pressure ratio. - Google Patents

Centrifugal compressor for high stage pressure ratio.

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CH262885A
CH262885A CH262885DA CH262885A CH 262885 A CH262885 A CH 262885A CH 262885D A CH262885D A CH 262885DA CH 262885 A CH262885 A CH 262885A
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CH
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blades
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centrifugal compressor
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pressure ratio
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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
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/284Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors

Description

  

  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.



  Centrifugal compressor for high stage pressure ratio. The invention relates to a centrifugal compressor for high stage pressure ratio, the impeller is made together with the blades from one piece. and is intended to revolve at least in the area of the outer circumference at a speed above the speed of sound of the conveying medium, the blades having radially directed cuts in planes perpendicular to the rotor axis for the bendless absorption of the centrifugal forces.



  The pressure ratio achievable by a centrifugal compressor was mainly due to the rise in the course of development; tion of the circumferential speed of the runner is constantly increasing. The mechanical stress on the rotor of the latest designs of centrifugal compressors is already in the range of the speed of sound, because of the peripheral speeds, which is quite high, which is why the rotor is only with. run purely radial extension of both the blades and the flow. were.

    Since the absolute exit speed of the compressed gas in the radial direction of the blade channels is still greater than the wheel peripheral speed, it is a significant amount above the Sehall speed. Backward curved tubes, which are known to reduce the exit speed at a given circumferential speed, were deliberately abandoned long before the speed of sound was reached - mainly for reasons of strength.

   The desire for greater circumferential speeds and increased delivery pressures could only be achieved through the use of purely radial blades, and the increase in the exit speed beyond the speed of sound was regarded as unimportant.



  The invention is based on the new knowledge that as the speed of the conveyed medium increases beyond its speed of sound, starting from the blade outlet edges, Mach pressure waves form which reduce the efficiency of a compressor far more than before was accepted.

   The reduction in efficiency increases with increasing flow rate, and up until now it has set a limit for a further increase in the pressure ratio. The invention shows a way of being able to increase the pressure ratio of centrifugal thinners by further increasing the circumferential speed,

   without, however, having to accept a reduction in efficiency. According to the invention, the blades should have such a backward curvature in a direction of the blade channels inclined to the rotor axis that the absolute exit speed of the compressed medium does not exceed the speed of sound so far that Mach pressure waves are formed.

   With a rotor designed in this way, the circumferential speed of a compressor rotor can be increased far beyond the speed of sound, without having to accept a loss in efficiency. . The achievable step pressure ratio increases approximately to the second power of the increase in the circumferential speed, so that at input speeds in the range of over 400 m / sec. a pressure ratio of 2 and above can be managed in a single stage without difficulty.



  Semi-axial rotor shapes with backward curved screw blades are known for low-speed fans in which blades made of sheet metal or cast building material are made so that the cross-sections perpendicular to the axis of rotation are directed radially un dangerous. This gave certain advantages for sheet metal processing and for welding or for the foundry. However, this semi-axial shape remains meaningless for the flow processes that play well below the speed of sound in these compressors.

   It is only when the semi-axial rotor is used on compressors where the circumferential speed of the vane exceeds the speed of sound - the degree of backward curvature must be chosen so that no Mach pressure waves can be released, the possibility arises of this in an impeller to be able to further increase the achievable pressure ratio without having to accept inadmissible losses. In the case of the rotor designed according to the invention, intermediate blades can also be arranged or the blades interrupted and continued offset.

   A further improvement in the efficiency of the rotor is thereby achieved in that the risk of flow separation, which is increased when the speed of sound is exceeded, is avoided.



  The invention is explained below with reference to the drawing, for example. 1 shows a simplified single-stage centrifugal compressor and FIGS. 2 and 3 show the rotor according to FIG. 1. FIGS. 4 and 5 illustrate a rotor with intermediate blades, and finally FIGS. 6 and 7 include a rotor Detect interrupted and staggered blades.



  The centrifugal compressor according to FIG. 1 be seated a rotor 1, which is made with the blades 2 for example by forging and milling from your full material and sits on the shaft 3 overhung. The air or another gas is sucked out of the channel 9 and discharged through the spiral housing 5 in a compressed state.



  In operation, the blades 2 (Fug. \ 'And 3) of the rotor 1 run at a circumferential speed that exceeds the speed of sound of the compressed medium at least at the exit edges 6. In order to be able to absorb the increased centrifugal forces without bending stress, the blades 2 are designed so that all the cuts I, II, III perpendicular to the axis X of the rotor are exactly in the direction of the radii r1, r .. or a- run away.

   The direction of flow in the flow channels between the blades is not directed radially, but experiences an inclination with respect to the rotor axis X in the direction of arrow 7. This makes it possible to give the blades a backward curvature with respect to the direction of rotation 8 that the absolute exit speed of the compressed medium does not exceed its speed of sound.

   This reverse curvature makes it possible to achieve a compression ratio of over 2.0 with such a wheel without having to accept interference from Mach pressure waves - which would arise in the range above the speed of sound.

      The rotor according to FIGS. 4 and 5 has between the main blades 2 still additional Liche intermediate blades 9, which better lei the flow of the agent to be compressed and thus prevent an uneven distribution of the agent to be compressed within the flow channels. The runner according to FIGS. 6 and 7 has. Shovels 10, which are interrupted at the points 11 and continued offset. This prevents the flow from becoming detached - which could easily occur at high speeds.



  It is. It is possible, under certain operating conditions, to increase the flow rate of the compressed medium to a small extent above the speed of sound if Mach waves have not yet caused any disruptions in operation.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Schleuderverdichter für hohes Stufen- druckvei-hältnis, dessen Laufrad zusammen mit den Schaufeln aus einem Stück herge stellt ist und bestimmt ist, mindestens im Bereich des äussersten Umfanges mit einer über der Schallgeschwindigkeit des Förder- mediums liegenden Geschwindigkeit umzulau fen, wobei die Schaufeln zur biegungslosen Aufnahme der Fliehkräfte in zur Läuferachse senkrechten Ebenen radial gerichtete Schnitte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln bei einer zur Läuferachse geneig ten Richtung der Schaufelkanäle eine solche Rückwärtskrümmiing aufweisen, PATENT CLAIM: Centrifugal compressor for high stage pressure ratio, the impeller of which is made from one piece together with the blades and is intended to rotate at least in the area of the outermost circumference at a speed above the speed of sound of the conveying medium, with the blades have radially directed cuts for the bendless absorption of centrifugal forces in planes perpendicular to the rotor axis, characterized in that the blades have such a backward curvature in a direction of the blade channels inclined to the rotor axis, dass die ab solute Austrittsgeschwindigkeit des verdich teten Mittels dessen Schallgeschwindigkeit nicht. so weit überschreitet, dass Machsche Druckwellen sich ausbilden. UNTERANSPRüCHE 1. Schleuderverdichter nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Hauptschaufeln Zwischenschaufeln ange ordnet sind, deren Schnitte senkrecht zur Achse gleichfalls radial verlaufen. 2. Schleuderverdichter nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln unterbrochen und versetzt fortge führt sind, zum Zweck, Strömungsablösungen zu verhüten. that the absolute exit speed of the compressed medium is not its speed of sound. so far that Mach pressure waves are formed. SUBClaims 1. Centrifugal compressor according to patent claim, characterized in that intermediate blades are arranged between the main blades, the sections of which also extend radially perpendicular to the axis. 2. Centrifugal compressor according to patent claim, characterized in that the blades are interrupted and offset continued leads, for the purpose of preventing flow separation.
CH262885D 1942-02-21 1942-02-21 Centrifugal compressor for high stage pressure ratio. CH262885A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10020878A1 (en) * 2000-04-28 2001-11-15 Verax Ventilatoren Gmbh Fans, in particular for ventilating electronic devices

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10020878A1 (en) * 2000-04-28 2001-11-15 Verax Ventilatoren Gmbh Fans, in particular for ventilating electronic devices
DE10020878C2 (en) * 2000-04-28 2002-05-02 Verax Ventilatoren Gmbh Fans, in particular for ventilating electronic devices

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