CH276239A - Multi-stage axial compressor. - Google Patents

Multi-stage axial compressor.

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CH276239A
CH276239A CH276239DA CH276239A CH 276239 A CH276239 A CH 276239A CH 276239D A CH276239D A CH 276239DA CH 276239 A CH276239 A CH 276239A
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CH
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blades
ring
blade
axial compressor
point
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German (de)
Inventor
Aktiengesellschaft Gebr Sulzer
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Sulzer Ag
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Application filed by Sulzer Ag filed Critical Sulzer Ag
Publication of CH276239A publication Critical patent/CH276239A/en

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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
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  

  Mehrstufiger     Axialverdichter.       Die     Erfindung    bezieht sieh auf einen       mehrstufigen        Axialverdichter,    dessen Lauf  schaufeln schon bei ihrem Fuss einen Abstand  besitzen, der mindestens den     1,25fachen        3Vert     der Schaufelsehne an dieser Stelle aufweist.  



  An     Axialverdichtern    der genannten Gat  tung wurde die zunächst unerklärliche Fest  stellung- gemacht,     class        Leitschaufeln    zu Bruch  gingen, während die scheinbar ungleich viel  höher belasteten     Laufseha.ufeln    anstandslos  durchhielten. Man konnte feststellen, dass es  sieh     durchwegs    um Dauerbrüche infolge von       Sehaufelsehwingungen    handelt.

   Die Ursache  dieser Schwingungen liess sieh aber nur schwer  ermitteln, weil die sonst. viel stärker der An  regung von Schwingungen ausgesetzten Lauf  schaufeln nicht im mindesten eine     Neigung     zum Schwingen     zeigten.    Besonders bemerkens  wert war, dass es sich um Schwingungen hö  herer     Ordnung,    um     Torsionsschwingungen    der  Schaufeln und uni gekoppelte     Schwingsingen.     sehr verwickelter Art handelte,     während    man  umgekehrt im Turbinenbau     Sehwinb        Ingen    so  verwickelter Art und in     dem        grossen    Mass  kaum beobachten konnte.

   - Eine Abklärung  dieser rätselhaften Erscheinung ergab die  Überlegung, dass die bei     Axialverdichtern    in  neuerer Zeit gegenüber dem früheren Ver  dichter- und Turbinenbau wesentlich ver  grösserte Teilung der     Laufsehaiüeln    in star  kem     31.a13    beeinflussend für die Schwingungs  erscheinungen sein     könnten.    Jede     Seliaufe-          lung    ist     unvermeidlicherweise    stets mit. mehr  oder weniger grossen Heratellungsungenalig-         keiten    behaftet. Die Profile ein und desselben  Radkranzes weisen - innerhalb der normalen  Toleranz - Abweichungen voneinander auf.

    Auch in der Einstellung der Profile sind eben  falls innerhalb der Toleranzen Unterschiede  unvermeidlich. Besitzt nun eine     Schaufelung     eine enge Teilung, wie zum Beispiel bei Tur  binen, oder bei den bis vor kurzem üblichen       Axialverdiehtern,    werden schon diese gering  fügigen Unterschiede der einzelnen Schaufeln  genügen, um die Gleichmässigkeit so zu stören,  dass periodische Schwingungen nicht mehr an  geregt werden können. Diese ganz geringen,       berstellungsteehnisch    nicht mehr vermeid  baren Ungenauigkeiten, genügen aber nicht  mehr zu einer genügenden Störung der Gleich  mässigkeit, wenn die Laufschaufeln     wie    bei  den neueren Bauausführungen eine grössere  Teilung aufweisen.

   Hinsichtlich dieser grö  sseren Teilung fallen die nicht vergrösserten       Herstellungsungenauigkeiten    nicht mehr ge  nügend in Betracht, um die Periodizität von  Beeinflussungen so weit zu stören, dass keine       Schwing        Ingen    mehr     angeregt    werden können.  



  Weitere, genaue Untersuchungen der  Schwingungsbilder der Schaufeln in einzelnen  Kränzen von Verdichtern der eingangs be  schriebenen Gattung im Zusammenhang mit  Untersuchungen der     Strömungsverhältnisse     führten zum Ergebnis, dass für die Schwin  gungen der Leitschaufeln hauptsächlich die  Strömungsstörungen hinter den Laufschau  fein des vorangehenden Kranzes verantwort  lich zu machen sind. Im abströmenden lIe-           dium        entstehen    hinter     Laufschaufeln    Wirbel  und damit auch     Veränderungen    im Druck,  welche bis in den anschliessenden     Leitsehaufel-          kranz    reichen.

   Diese Störungen in den     Strö-          mtingen    rotieren natürlich mit der gleichen  Drehzahl wie der     Laufschaufelkranz    selber  und können so bei genügender     Gleichmässig-          keit    die Leitschaufeln zum Schwingen brin  gen.  



  Zur Vermeidung der bei     Axialverdiehtern     der eingangs beschriebenen Gattung beobach  teten Bruchgefahr der Leitschaufeln wird des  halb gemäss der Erfindung vorgeschlagen, dass  zur Vermeidung von mechanischen     Sehwin-          gungen    in den Leitschaufeln in den Schaufeln  des vorangehenden Laufkranzes mindestens  an einer Stelle eine Ungleichmässigkeit vor  handen ist. Erst dadurch, dass man in den  Schaufeln eines Laufkranzes eine Ungleich  mässigkeit     vorsah,    konnten die     Schwingungen     im nachfolgenden Leitkranz verhindert wer  den.

   Die Ungleichmässigkeit lässt in der Be  einflussung des     Leitsehaufelkranzes    eine Dis  sonanz entstehen, welche das Aufschaukeln  harmonischer Schwingungen verhindert.  



  Es ist allerdings bekannt, bei radialen För  dermaschinen - z. B. bei     Zentrifugalpumpen     oder bei     Radialgebläsen    - und bei     Drehkol-          benmasehinen    die Schaufeln mit. unregelmässi  ger Teilung anzuordnen. Es wurde durch  diese Vorkehrung die Verhütung von Lärm  angestrebt. Bei     Drehkolbenmaschinen    sollte  ausserdem noch eine Verbesserung der Lauf  eigenschaft der Schaufeln im Gehäuse, insbe  sondere ein     Aussehlagen    der Leitfläche im  Gehäuseinnenraum erzielt werden.

   Das für       Axialkompressoren    der eingangs geschilderten  Gattung entstehende Problem konnte aber bei  allen diesen Maschinen überhaupt nicht auf  treten und veranlasste deshalb auch nicht. eine  Abklärung und die Suche nach einer Ab  hilfe.  



  Die Erfindung ist nachstehend an Hand  von Ausführungsbeispielen der Zeichnung  näher erläutert.     Fig.l    zeigt einen schema  tischen Längsschnitt durch einen     Axialver-          dichter.        Fig.2    bis 5 veranschaulichen abge  wickelte Zylinderschnitte durch Teile von         Laufsehaufelun"en    und     nachgeschalteten        Leit-          schaufelungen.        @Fig.    2 bezieht sieh dabei auf  eine bisher     üblielie        Ausführung.        Fig.    3 stellt  die     Sehaufelung    eines  <RTI  

   ID="0002.0038">   AiLSfülirungsbeispiels     des     Erfindungsgegenstandes        dar,    bei dein eine  ungleichmässige Teilung in der     Laufsehaufe-          lung    vorhanden ist,     Fig.    4 eines andern Aus  führungsbeispiels, bei dem die Stellung der  Schaufeln im Laufkranz     umgleichmässig    ist  und endlich     Fig.    5 eines Ausführungsbeispiels,  bei dem ungleichmässige     Seliaufelprofile    ver  wendet sind.  



  In allen     Fig.        \?    bis 5 ist. mit 1 ein Lauf  schaufelkranz und mit     \'    der nachfolgende       Leitschaufelkranz    bezeichnet. Der     Laufsehau-          felkranz    wird im Sinne des Pfeils 3 relativ  zum nachfolgenden     Leitsehaufelkranz    bewegt.  Der mittlere Wert der Teilung des Laufschau  felkranzes besitzt schon beim Schaufelfuss min  destens den     1,25faehen    Wert der Schaufel  sehne an dieser Stelle. Hinter den einzelnen       Laufschaufeln    entstehen     Strömungsstörungen,     welche durch die Linie     -1    angedeutet. sind.

    Man sieht., dass diese     Strömungsstörungen    sieh  bis in die     Schaufelun-    des     naeligesehalteten          Leitkranzes    weiter fortpflanzen. Sie beein  flussen hier die einzelnen Leitschaufeln. Die  Störungen werden mit.     der    gleichen Geschwin  digkeit wie die Schaufeln des Laufkranzes  relativ zu den Schaufeln des Leitkranzes be  wegt..  



  Werden die     Störungen    wie bei den be  kannten Verdichtern mit     gleichmässiger        Lauf-          sehaufelteilitng    nach Abbildung 2 in gleich  mässigem Abstand voneinander an der     Leit-          schaufelung        vorübergeführt,    so erzeugen sie  eine periodische Beeinflussung derselben.

   Die  kleinen, nicht zu verhindernden Herstellungs  ungenauigkeiten     vermögen    die Gleichmässig  keit der Beeinflussung bei der grossen Teilung  der     Laufsehaufelung    nicht. mehr in genügen  dem Mass zu stören, um ein Anfachen und  Aufschaukeln von Schwingungen in der     Leit-          seliaufelung    zu verhindern.  



  Wird der Abstand 72 einzelner Lauf  schaufeln wie in Abbildung 3 gezeigt, anders  gewählt als der Abstand anderer Schaufeln  <B>771.</B> und T3, so sind die Schaufeln und die      durch sie     nachgezogenen        Strömungsstärungen     in genügendem Mass ungleichmässig, um ein  Anregen von Schwingungen im nachfolgenden       Leitschaufelkranz    zu verhüten.  



  Gemäss     Fig.    4 kann auch die Stellung ein  zelner Schaufeln gegenüber den andern     un-          rleieliniä13ig    sein. Die Schaufel 5 besitzt bei  spielsweise einen geringeren     Anstellwinkel    ge  genüber einer zur Drehachse normalen Ebene  als die Schaufeln 6 und 7. Auch hierdurch  wird die Gleichmässigkeit der hinter den  Schaufeln nachfolgenden Strömungsstörungen  4 in genügendem Mass gestört.  



  Schliesslich kann, wie beim Ausführungs  beispiel nach     Fig.5    gezeigt., eine Schaufel 8  ein anderes Profil aufweisen als andere  Schaufeln 9 und 10 des gleichen Kranzes.  Auch hierdurch wird die Gleichmässigkeit der  hinter den Schaufeln abströmenden Störungen  gestört. und dadurch das Anfachen und das  Aufschaukeln von     SchwingLingen    verhindert.



  Multi-stage axial compressor. The invention relates to a multistage axial compressor, the running blades of which already have a distance at their foot which is at least 1.25 times the 3V of the blade chord at this point.



  On axial compressors of the type mentioned, the initially inexplicable finding was made that the guide vanes broke, while the apparently much more heavily loaded running shocks held out without problems. It could be determined that it is all about fatigue fractures as a result of saw blade vibrations.

   However, it was difficult to determine the cause of these vibrations because the blades, which are otherwise much more exposed to the excitation of vibrations, did not show in the least a tendency to vibrate. It was particularly noteworthy that the vibrations were of a higher order, torsional vibrations of the blades and uni-coupled vibratory vibrations. acted in a very complex manner, while, conversely, Sehwinb Ingen in such an intricate manner and in large measure could hardly be observed in turbine construction.

   - A clarification of this puzzling phenomenon resulted in the consideration that the much larger division of the barrel shells in axial compressors compared to the earlier compressor and turbine construction could have an influence on the vibration phenomena. Every call is inevitably always with. more or less afflicted with great herbalism. The profiles of one and the same wheel rim have deviations from one another - within the normal tolerance.

    Differences within the tolerances are also unavoidable in the setting of the profiles. If a blade has a narrow pitch, as is the case with turbines, for example, or with the axial thinners that were common until recently, even these slight differences in the individual blades will be enough to disturb the evenness so that periodic vibrations are no longer excited can. These very minor inaccuracies, which can no longer be avoided in terms of provision, are no longer sufficient to sufficiently disturb the evenness if the blades have a larger pitch, as in the newer designs.

   With regard to this larger division, the manufacturing inaccuracies that have not been increased are no longer sufficiently taken into account in order to disturb the periodicity of influences to such an extent that no more oscillations can be excited.



  Further, detailed investigations of the vibration patterns of the blades in individual rings of compressors of the type described at the beginning in connection with investigations of the flow conditions led to the result that the flow disturbances behind the running view of the preceding ring are mainly responsible for the vibrations of the guide blades . In the outflowing fluid, vortices and thus also changes in pressure occur behind the rotor blades, which extend into the adjoining vane ring.

   These disturbances in the flow of course rotate at the same speed as the rotor blade ring itself and can thus cause the guide vanes to vibrate with sufficient uniformity.



  In order to avoid the risk of breakage of the guide vanes observed in Axialverdiehtern of the type described above, it is proposed according to the invention that, in order to avoid mechanical visual oscillations in the guide vanes, there is an irregularity at least at one point in the vanes of the preceding rotor ring. Only by providing for an unevenness in the blades of a running ring was it possible to prevent the vibrations in the following guide ring.

   The unevenness creates a dissonance in the influence of the vane ring, which prevents harmonic oscillations from building up.



  It is known, however, dermaschinen in radial För - z. B. with centrifugal pumps or radial fans - and with rotary piston machines the blades too. to be arranged irregularly. The prevention of noise was sought through this precaution. In rotary piston machines, an improvement in the running properties of the blades in the housing, in particular a failure of the guide surface in the housing interior, should also be achieved.

   The problem that arises for axial compressors of the type described above could not occur at all with any of these machines and therefore did not cause it. a clarification and the search for a remedy.



  The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments of the drawing. Fig.l shows a schematic longitudinal section through an axial compressor. 2 to 5 illustrate unwound cylinder sections through parts of moving blades and downstream guide blades. Fig. 2 refers to a previously common design. FIG. 3 shows the blade formation of a <RTI

   ID = "0002.0038"> AiLSfülirungsbeispiels of the subject matter of the invention, in which there is an uneven division in the running bucket, Fig. 4 of another exemplary embodiment, in which the position of the blades in the tread is uneven and finally Fig. 5 of an embodiment, in which uneven Seliaufelprofile are used.



  In all figures \? to 5 is. with 1 a rotor blade ring and with \ 'denotes the following guide blade ring. The blade ring is moved in the direction of arrow 3 relative to the following blade ring. The mean value of the pitch of the blade rim already at the blade root has at least 1.25 times the value of the blade chord at this point. Flow disturbances arise behind the individual rotor blades, which are indicated by the line -1. are.

    It can be seen that these flow disturbances continue to propagate into the blade end of the naeli-held guide ring. Here you influence the individual guide vanes. The disturbances are with. at the same speed as the blades of the running ring relative to the blades of the guide ring.



  If the disturbances are carried past the guide vanes at an even distance from one another, as in the case of the known compressors with a uniform blade pitch according to Figure 2, they generate a periodic influence on the same.

   The small, unavoidable manufacturing inaccuracies are not capable of influencing the uniformity of the large pitch of the blade. to disturb more to the extent necessary to prevent fanning and build-up of vibrations in the guide rail.



  If the spacing 72 of individual running blades is selected differently than the spacing of other blades <B> 771. </B> and T3, as shown in Figure 3, the blades and the flow intensifications they cause are irregular enough to excite to prevent vibrations in the following guide vane ring.



  According to FIG. 4, the position of individual blades with respect to the other can also be non-linear. The blade 5 has, for example, a smaller angle of attack compared to a normal plane to the axis of rotation than the blades 6 and 7. This also disrupts the evenness of the flow disturbances 4 following behind the blades to a sufficient extent.



  Finally, as shown in the embodiment according to FIG. 5, a blade 8 can have a different profile than other blades 9 and 10 of the same ring. This also disturbs the evenness of the disturbances flowing off behind the blades. and thus prevents swinging rings from being fanned and rocking.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Mehrstufiger Axialverdichter, dessen Lauf schaufeln schon bei ihrem Fuss einen Ab stand besitzen, der mindestens den 1,25fachen Wert der Schaufelsehne an dieser Stelle auf weist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ver meidung von mechanischen Schwingungen in den Leitschaufeln in den Schaufeln des vor angehenden Laufkranzes mindestens an einer Stelle eine Ungleichmässigkeit vorhanden ist. UNTERANSPRU CHE 1. PATENT CLAIM: Multi-stage axial compressor whose running blades already have a distance at their foot that is at least 1.25 times the value of the blade chord at this point, characterized in that to avoid mechanical vibrations in the guide blades in the blades of the front there is an unevenness in at least one point of the trailing tread. SUBClaims 1. Mehrstufiger Axialv erdichter nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens an einer Stelle des Laufkranzes der Abstand zweier benachbarter Schaufeln einen andern Wert aufweist als der Abstand anderer benachbarter Schaufeln dieses glei chen Kranzes. 2. Mehrstufiger Axialverdichter nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens an einer Stelle des Laufkranzes eine Schaufel eine andere Stellung hinsicht lich des Rotors aufweist als an andern Stel len dieses gleichen Kranzes. 3. Multistage axial compressor according to patent claim, characterized in that the distance between two adjacent blades at least at one point on the running ring has a different value than the distance between other adjacent blades of this same ring. 2. Multi-stage axial compressor according to Pa tentans claim, characterized in that at least one point of the running ring a blade has a different position with respect to Lich of the rotor than at other Stel len this same ring. 3. Mehrstufiger Axialverdichter nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens an einer Stelle des Laufkranzes eine Schaufel ein anderes Profil aufweist als andere Schaufeln dieses gleichen Kranzes. Multi-stage axial compressor according to patent claim, characterized in that at least at one point on the running ring a blade has a different profile than other blades of this same ring.
CH276239D 1951-03-07 1951-03-07 Multi-stage axial compressor. CH276239A (en)

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CH276239D CH276239A (en) 1951-03-07 1951-03-07 Multi-stage axial compressor.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2870958A (en) * 1956-01-13 1959-01-27 United Aircraft Corp Mixed blade compressor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2870958A (en) * 1956-01-13 1959-01-27 United Aircraft Corp Mixed blade compressor

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