Rotationsverdichter. Die Erfindung bezieht sich auf Rotations verdichter, wie sie z. B. in Gasturbinentrieb- werken Verwendung finden.
Verdieliter dieser Art sind im Betrieb oft atmosphärischen Beding-Lingen ausgesetzt, wel che die Bildung und den Ansatz von Eis in und auf ihnen begünstigen. Solche Bedingun gen treten z. B. beim Betrieb von Gastur binen, die für den Antrieb von Flugzeugen dienen, häufig auf. Es ist deshalb, spe ziell bei Flugzeug-Gastttrbinentriebwerken, er wünscht, Mittel vorzusehen, welche die Bil dung oder Ansammlung von Eis an den Ver dichtern verhindern, bzw. in oder auf dem Verdichter bereits gebildetes Eis entfernen.
Um dieser Vereisung zu begegnen, sind schon die verschiedensten Vorschläge gemacht worden. So wurde z. B. vorgeschlagen, die in den Verdichter eintretende Luft zu erwär men, indem man aus den Auspuffgasen der Maschine heisses Gas abzweigt und der An saugseite des Verdichters zuführt.. Diese Lö sung hat jedoch den Nachteil, dass der Gesamt wirkungsgrad der Maschine beeinträchtigt wird, wenn man die in den Verdichter eintre tende Luft so stark vorwärmt, dass die Eis bildung sicher vermieden wird.
Ein weiterer Vorschlag besteht darin, in die Ansaugseite des Verdichters Flüssigkeiten, die den Gefrier punkt des Wassers herabsetzen, einzuführen. Diese Lösung erfordert aber beträchtliche Hilfseinrichtungen und hat den Nachteil, dass die Benetzung der Elemente des Verdichters durch die Flüssigkeit. den Wirkungsgrad des selben beeinträchtigt, da sie die Schmutz ablagerung im Verdichter begünstigen kann.
Vorliegende Erfindung bezweckt nun die Beschaffung einer verbesserten Einrichtung zur Verhütung der Eisbildung, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet und mit einem Minimum an Hilfseinrichtungen aus kommt, was gerade für Flugzeug-Gasturbinen- triebwerke von besonderem Vorteil ist..
Gemäss der Erfindung ist der Rotations verdichter dadurch gekennzeichnet, dass er Rotor- und Statorteile aufweist, die so ausge bildet sind, dass sie mit Hilfe eines magneti schen Wechselfeldes, das in ihnen innere elek trische Ströme erzeugt, erhitzt werden kön nen.
Der Rotationsverdichter kann z. B. Mittel aufweisen, durch die zwischen Rotor und Sta- tor ein magnetisches Feld gebildet wird, das infolge des Vorbeigehens der Rotorsehaufeln an den Leitschaufeln wechselt, wodurch in den Schaufeln Wirbelströme entstehen. Das Mit tel kann darin bestehen, dass man mindestens einige der Verdichterschaufeln als Permanent magnete ausbildet.
So kann man die Leit- schaufeln als Permanentmagnete ausbilden, während die Rotorschaufeln aus einem ma- gnetisierbaren Material bestehen, dessen ma gnetische Maximal-Permeabilität z. B. höher als 1000 ist, so dass das Vorbeigehen der Ro- torschaufeln an den Leitschaufeln eine Ände rung im hraftlinienfluss zwischen den letz- teren bewirkt, so dass in den Schaufeln Wir belströme entstehen.
Man kann auch die Leit- und die Rotorschaufeln aus einem magneti- sierbaren Material herstellen und rund um den Verdichter eine Reihe von Permanent magneten anordnen, die sich zwischen den Schaufelfüssen eines Leitschaufelkranzes und den Füssen des anschliessenden Leitschaufel kranzes erstrecken.
Gemäss einer andern Aus , führungsform werden die Schaufeln aus ma- gnetisierbarem Material hergestellt und das Magnetfeld auf elektromagnetischem Wege er zeugt, indem man z. B. elektrisch erregte Ma gnetspulen an den Schaufelfüssen vorsieht. Die Spulen befinden sich vorzugsweise nur an den Füssen der Leitschaufeln, obschon man gewünschtenfalls auch die Rotorschaufeln in gleicher Weise magnetisieren kann, indem man den Erregerstrom den Spulen über am Rotor befindliche Schleifringe zuführt.
Das Magnetfeld kann, wenn es auf elek tromagnetischem Wege erzeugt wird, auch da durch verändert werden, dass man eine So lenoidvorrichtung durch Wechselstrom, vor zugsweise hochfrequenten Wechselstrom, er regt. Der Wechselstrom kann z. B. einzelnen an den Schaufelfüssen angeordneten Magneti- sierspulen oder einer den Verdichter umgeben den Spule zugeführt werden.
Bei Anwendung der Erfindung bei einem Axialverdichter müssen gewöhnlich nur die ersten Stufen des Verdichters, wie vorstehend beschrieben, geheizt werden, da die folgenden Stufen schon Luft erhalten, deren Tempera tur infolge der V er dichtilig schon erhöht ist.
Durch die lokale und interne Heizung der der Vereisung ausgesetzten Verdichterteile ist es möglich, ohne Erwärmung der ganzen Luft masse über den Gefrierpunkt auszukommen, wodurch die der hohen Temperatur der An saugluft zuzuschreibende Verminderung des Wirkungsgrades der Maschine, vermieden wird. Man wird ferner erkennen, dass infolge der Wärmeentwicklung im Innern der Kom- pressorteile, diese auch auf die Oberfläche der betreffenden Teile einwirkt und so das Anhaften von Eis daran verhindert.
Nachstehend werden beispielsweise einige Ausführungsformen von R.ota.tionsv er diehtern beschrieben, die mit Mitteln versehen sind, um. die Eisbildung in oder auf denselben ztt ver hindern.
Die Beschreibung nimmt. Bezug auf die beiliegende Zeichnung, in der Fig. 1 ein Längsschnitt eines Gasturbinen triebwerks, Fig. 2 ein grösserer Selinitt eines Teils des Rotationsverdichters ist und Fig. 3 bis 5 Schnitte entsprechend Fig. ' von andern Anordnungen zeigen.
In Fig.1 und \_' ist. ein GastLirbinentrieb- werk für Flugzeugantrieb dargestellt, das einen mehrstufigen Aiialverdiehter 10 für die den Brennkammern 11 zuzuführende Luft so wie eine Turbine 12 aufweist, die durch die Verbrennungsprodukte angetrieben wird. Die Turbine 12 treibt den Rotor 13 des Verdieh- ters über eine Welle 14 an.
Die Luft gelangt durch die Ansaugleitung 15 in den Verdieh- ter 10, und die Auspuffgase verlassen die Maschine durch die Auspuffleitung 16.
In dieser Maschine wird der erste Rotor schaufelkranz 17 und der erste und zweite Statorschaufelkranz 18a und 18b durch Er zeugung von NV irbelströmen in diesen Schau feln erhitzt., um die Bildung von Eis auf diesen Schaufeln zu verhindern. Die folen- den Schaufelkränze erfordern keine Heiz-Linz, da die Lufttemperatur dureh die Verdichtung in der ersten Stufe erhöht ist.
Um die Erhitzung der Sehaufeln der Kränze 17, 18a. und 18b zu bewirken, ist. die Aussenwand 19 der Luftansaugleitung 15 mit einer Ausbuchtung 20 versehen, deren Dureh- messer grösser ist als für den Einsebluss der Schaufeln erforderlieh wäre. Am Ende der Ausbuchtung ist ein Planseh 21 ausgebildet, mittels dessen die Leitungswand 19 am Haupt gehäuse '' des Verdichters befestigt ist.
Die Aussenwand 19 und die Ausbuchtung ?0 sind aus nicht. inagnetisierbarem Metall hergestellt.
Die Leitschaufeln 18a, lssb werden von Plättehen 23 getragen, welch letztere mit einem zwischen ihnen liegenden Abdeckring 24 für die Rotorschaufeln mit Nut- und Kammverbindung zwischen Leitungswand 19 und Flauptgehäuse eingesetzt sind.
Zwischen der Ausbuchtung 20 und den Plättehen 23 ver bleibt ein ringförmiger Hohlraum, in welchem eine Reihe von permanenten Stabmagneten 25 axial so angeordnet ist, dass jeder mit einem Pol an den Fuss der Leitschaufel 18a, und mit dem andern Pol an den Fuss einer in gleicher Flucht liegenden Leitschaufel 18b an stösst.
Die Schaufeln 18a, 18b und 17 sind aus Metall mit einer magnetischen Maximal-Per- meabilität von mehr als 1000 hergestellt, so dass, wenn die Rotorschaufeln 17 mit einem Leitschaufelpaar in einer Flucht. sind, die Kraftlinien vorwiegend so verlaufen, wie das durch die Pfeife 26 angedeutet ist, während sie, wenn die Rotorschaufeln nicht, in Flucht mit den Leitschaufeln sind, abwärts und über den Rand des Verdichterrotors laufen, wie dies durch die Pfeile 27 angedeutet ist.
Wenn der Rotor angetrieben wird, werden die Schau feln 17, 18a und 18b einem raschen Wechsel, des Stromlinienflusses ausgesetzt, so dass in ihnen Wirbelströme entstehen.
In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform dargestellt. In diesem Falle sind die Leit- schaufeln 1.18a,<B>118b</B> selbst Permanentmagnete und bestehen aus einem Material mit einer magnetischen Kwrzitivkraft von mehr als 550 Örsted bei einer maximalen Kraftliniendiehte von 1-1500 (ranss, z.
B. Kobaltstahl, während die Rotorsehaufeln 17 aus einem Material von hoher magnetischer Permeabilität bestehen. Die Schaufeln 118a, 118b sind 7weekmässiger- weise derart magnetisiert, dass jeder Kopf der Schaufelreihe einen 1'-Pol, jeder Kopf der andern Schaufelreihe einen S-Pol bildet,
wie das in der Zeichnung durch die Sj"-mbole Ilr und b' zum Ausdruck kommt. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform be wirkt, der Vorbeigang der Schaufeln 17 an den Leitsebaufeln eine Veränderung der ma gnetischen Kraftlinien, so dass in den Schau feln Wirbelströme entstehen,
welche dieselben et-hitzen. Gewünsehtenfalls können die Ro- torschaufeln 17 auch als Permanentmagnete ausgebildet sein. In Fig. 4 sind die Leitschaufeln 218a, 218b elektrisch magnetisiert, indem am Fusse jeder Schaufel eine kleine Erregerspule 28 ange bracht ist, durch die ein Strom geschickt wird. Die Spulen weisen alle einen Weich eisenkern 29 auf. Der Strom kann einer Gleichstromquelle oder einer Wechselstrom quelle, z.
B. aus einem Wechselstromgenerator oder Röhrenoszillator entnommen werden.
Ein Wechselstromgenerator kann so ange ordnet sein, dass er einen Hochfrequenzstrom von 10 Kiloherz liefert, während ein Röhren oszillator noch höhere Frequenzen abgeben kann, wodurch ein rascher Wechsel des Kraftlinienflusses in den Leitschaufeln auf tritt, der die Entstehung von internen Strö men bewirkt.
Gewünschtenfalls kann man gleiche Ma gnetisierspulen an den Füssen der Rotorschau- feln 17 vorsehen, denen der Erregerstrom durch Schleifringe zugeführt wird.
Im Falle einer Gleichstromquelle kann das Kraftlinienfeld eine äquivalente Wirkung ha ben, wie in der Anordnung nach Fig. 3 und die Relativbewegung der Schaufeln wird eine andere Verteilung der Kraftlinien bewirken und so zu internen Strömen in den Schaufeln führen.
In Fig. 5 ist eine weitere Variante. darge stellt. Bei dieser Ausführungsform bestehen die Schaufeln 318a, 3181) und \17 ans Material mit einer magnetischen Maximal-Permeabili- tät von mehr als 1000, wie dies in Fig. 1 der Fall ist. Rund um den Ansatz 20 ist die Magnetisierspule 31 angebracht, so dass sie die zu erhitzenden Schaufeln umschliesst.
Der Spule wird Wechselstrom zugeführt, um in den Schaufeln rasche Änderungen des Kraft linienflusses mz bewirken. Diese Anordnung ist nicht unbedingt von der Relativbewegung der Schaufeln abhängig, um ein wechselndes Magnetfeld zu erzeugen, doch kann ihre Wir kung durch diese unterstützt werden.
Die Erfindung ist. nicht. auf die vorbe- schriebenen speziellen Ausführungsformen be schränkt. So. können z. B. gewünschtenfalls mehr als zwei Kränze der Leitschaufeln und ein Kranz der Rotorschaufeln durch Erzeu- gong von internen Strömen in denselben er hitzt werden. Ferner kann ein Zentrifugal verdiehter enteist werden, indem man z. B.
zwischen Permanentmagneten ein Kraftlinien feld vorsieht, das durch den Durchgang der Motorschaufeln verändert wird, wodurch Wir belströme im Rotor und in den Statorteilen entstehen, die diese aufheizen.