Mehrstufiger Fliehkraftverdichter. Die Erfindung betrifft. einen mehrstufigen Fliehkraftverdichter mit mindestens zwei Teil spiralgehäusen und daran angeschlossenen Diffusoren pro Stufe.
Bekanntlich darf der Erweiterungswinkel von konischen Diffusoren eine gewisse Grösse, z. B. 12 , nicht überschreiten, damit eine mög lichst gute Umsetzung von Geschwindigkeits energie in Dreckenergie erfolgen kann. Die Geschwindigkeitsverminderung im Diffusor erfol-t von der am Austritt des Spiralgehäuses vorhandenen Geschwindigkeit auf die Ge- schwindigkeit am Austritt des Diffusors. Letz tere wird möglichst klein gehalten, um viel Ge schwindigkeitsenergie in statischen Druck um zuwandeln und um kleine Verluste in den fiberströmleitungen zu erreichen.
Die Länge eines Diffusors ist bestimmt. durch den Eintrittsquerschnitt, das Quer- sehnittsverhältnis des Diffusoraustrittes zum Diffusoreintritt und den Erweiterungswinkel. Bei einem konischen Diffllsor ist
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wobei L die Diffnsorlänge, q1 den Eint.ritts- querschnitt,
a das Querschnittsverhältnis q2: q1 des Diffusoraustrittes zum Diffusoreintritt und a den Erweiterungswinkel bedeuten. Bei den bekannten Verdichtern sind sowohl der Erweiterungswinkel als auch das Querschnitts- verhältnis bei allen Diffusoren mindestens angenähert gleich, so dass bei den Niederdruck stufen die Diffusorlänge grösser ist als bei den folgenden Stufen,
da das Fördervolumen und damit der Eintrittsquerschnitt bei den Nie derdruckstufen grösser ist.
Der Raumbedarf des Verdichters wird be stimmt durch die Stufe mit der grössten Dif- fusorlänge. Die vorliegende Erfindung be zweckt nun die Verkleinerung dieses Raum bedarfes, was erfindungsgemäss dadurch er reicht werden kann, dass bei mindestens an genähert gleichbleibendem Erweiterungswinkel aller Diffusoren das Querschnittsverhältnis des Diffusoraustrittes zum Diffusoreintritt für die erste Stufe kleiner gewählt wird als für die letzte Stufe.
Auf diese Weise lässt sich die Länge der Diffusoren der Niederdruck stufe verkleinern und derjenigen der Hoch- dr uckstufe annähern.
Beispielsweise bei einem dreistufigen Ver dichter üblicher Bauart betrage das Ansaug volumen 10 m3/see und das Volumen am Dif- fusoreintritt 8 m31sec. Bei vier Teildiffusoren sind am Diffusoreintritt der ersten Stufe der Durchmesser D1 = 128 mm und der Quer schnitt q, = 0,0129 m2 sowie bei 30 m/sec am Diffusoraustritt der Durchmesser D2 = 280 mm und der Querschnitt q2 = 0,0615 m2.
Mit a = 12 ist dann die Diffusorlänge L,, = 730 mm bei einem Querschnittsverhältnis F = 4,77a In der zweiten Stufe ist ent sprechend Dl = 112 mm,<I>D2</I> = 245 mm, a = 4,75 und L2 = 635 mm, und schliesslich in der dritten Stufe ist D, = 95 mm, D<B><U>.</U></B> = 204 mm, e = 4,71 und Ls = 520 mm. Bei allen Diffusoren beträgt die Austrittsgeschwin digkeit 30 m/sec und auch das Querschnitts verhältnis e ist praktisch gleich.
Wird nun das Querschnittsverhältnis e in der ersten Stufe auf 3,41 verkleinert, so ergibt. sich eine Verkürzung der Diffusorlänge auf L'1 = 520 mm und eine Vergrösserung der Austrittsgeschwindigkeit auf 42 m/see. In der zweiten Stufe wird ein e = 3,84 gewählt. Es ist dann auch L'2 = 520 mm bei einer Aus trittsgeschwindigkeit von 37 m/sec. In der dritten Stufe wird aber nichts geändert. Das Querschnittsverhältnis nimmt somit von Stufe zu Stufe zu.
Durch diese Massnahme wer den die Diffusorlängen der ersten und zweiten Stufe auf die Diffusorlänge der dritten Stufe reduziert und der Raumbedarf entsprechend vermindert. Das erlaubt auch das Gewicht und die Herstellungskosten, besonders auch wegen der kleineren überströmleitungen, zu redu zieren. Dabei brauchen aber nicht alle Dif- fusoren gleich lang zu sein.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Aus führungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Niederdruckteil eines mehrstufigen Vierdiffu- sorengebläses. a bezeichnet den einem kon stanten Querschnittsverhältnis entsprechen den Abstand der Diffusoren ohne die über strömleitungen, b denjenigen entsprechend der Verkleinerung des Querschnittsverhältnisses in der Niederdruckstufe. b beträgt beim vor liegenden Beispiel etwa 85 % des Normal wertes a.
Fig. 2 zeigt einen Teildiffusor in grösserem Massstab. c ist die dem konstanten Quer- schnittsverhällnis e entsprechende Diffusor- länge und d eine verkürzte Diffusorlänge. Wie ersichtlich, ist cd kleiner als e,.
Fig. 3 zeigt striehpunktiert die Länge der Diffusoren der ersten zwei Stufen bei einem konstanten Quersehnittsv erhältnis e und aus gezogen die auf die Länge der dritten Stufe verkürzten Diffusoren der ersten und zweiten Stufe. Der Raumbedarf wird kleiner, ent sprechend der Differenz c-d, wozu noch der kleinere Raumbedarf der tberströmleitungen hinzukommt.
Der Wirkungsgrad der verkürzten Diffu- soren steigt infolge der kleineren Länge, hin gegen wird weniger Gesehwindigkeitsenergie in Druckenergie umgewandelt und die Ver luste in den ZTberströmleitungen steigen. Je nach den gewählten Verhältnissen wird aber der 'NVirk-Lingsgrad nicht beeinflusst, trotz des wesentlich kleineren Raumbedarfes. Im all gemeinen nehmen die Durchmesser der letzten Stufen ab, und es können dann die e-Werte für die letzten Stufen noch grösser gewählt werden.
Multi-stage centrifugal compressor. The invention relates to. a multi-stage centrifugal compressor with at least two parts of spiral housings and connected diffusers per stage.
As is known, the extension angle of conical diffusers may be a certain size, e.g. B. 12, do not exceed so that the best possible conversion of speed energy can be done in dirty energy. The speed reduction in the diffuser takes place from the speed present at the outlet of the spiral housing to the speed at the outlet of the diffuser. The latter is kept as small as possible in order to convert a lot of speed energy into static pressure and to achieve small losses in the overflow lines.
The length of a diffuser is determined. through the inlet cross-section, the cross-sectional ratio of the diffuser outlet to the diffuser inlet and the expansion angle. In the case of a conical diffuser,
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where L is the diffuser length, q1 is the entry cross-section,
a is the cross-section ratio q2: q1 of the diffuser outlet to the diffuser inlet and a is the extension angle. In the known compressors, both the expansion angle and the cross-sectional ratio are at least approximately the same for all diffusers, so that the diffuser length is greater in the low-pressure stages than in the following stages,
because the delivery volume and thus the inlet cross-section is greater in the low pressure stages.
The space required by the compressor is determined by the stage with the largest diffuser length. The present invention now aims to reduce this space requirement, which according to the invention can be achieved in that, with at least approximately the same extension angle of all diffusers, the cross-sectional ratio of the diffuser outlet to the diffuser inlet is selected to be smaller for the first stage than for the last stage.
In this way, the length of the diffusers of the low-pressure stage can be reduced and that of the high-pressure stage can be approached.
For example, with a three-stage compressor of the usual design, the intake volume is 10 m3 / sec and the volume at the diffuser inlet is 8 m31sec. With four partial diffusers, the diameter D1 = 128 mm and the cross-section q, = 0.0129 m2 at the diffuser inlet of the first stage and at 30 m / sec at the diffuser outlet the diameter D2 = 280 mm and the cross-section q2 = 0.0615 m2.
With a = 12, the diffuser length is L ,, = 730 mm with a cross-sectional ratio F = 4.77a In the second stage, accordingly, Dl = 112 mm, <I> D2 </I> = 245 mm, a = 4, 75 and L2 = 635 mm, and finally in the third stage is D, = 95 mm, D <B> <U>. </U> </B> = 204 mm, e = 4.71 and Ls = 520 mm . With all diffusers, the exit speed is 30 m / sec and the cross-section ratio e is practically the same.
If the cross-section ratio e is now reduced to 3.41 in the first stage, the result is. a shortening of the diffuser length to L'1 = 520 mm and an increase of the exit velocity to 42 m / see. In the second stage an e = 3.84 is chosen. It is then also L'2 = 520 mm at an exit speed of 37 m / sec. In the third stage, nothing is changed. The aspect ratio thus increases from step to step.
This measure who reduced the diffuser lengths of the first and second stage to the diffuser length of the third stage and reduced the space requirement accordingly. This also allows the weight and manufacturing costs, especially because of the smaller overflow lines, to reduce reductions. However, not all diffusers need to be of the same length.
In the accompanying drawing, an exemplary embodiment of the subject invention is shown schematically. 1 shows a low-pressure part of a multi-stage four-diffuser blower. a denotes that a constant cross-sectional ratio corresponds to the distance between the diffusers without the overflow lines, b those corresponding to the reduction in the cross-sectional ratio in the low-pressure stage. In the present example, b is about 85% of the normal value a.
Fig. 2 shows a partial diffuser on a larger scale. c is the diffuser length corresponding to the constant cross-section ratio e and d is a shortened diffuser length. As can be seen, cd is smaller than e ,.
Fig. 3 shows in phantom the length of the diffusers of the first two stages with a constant cross-sectional ratio e and, drawn out, the diffusers of the first and second stages shortened to the length of the third stage. The space requirement becomes smaller, corresponding to the difference c-d, to which the smaller space requirement of the overflow lines is added.
The efficiency of the shortened diffusers increases as a result of the shorter length, on the other hand less velocity energy is converted into pressure energy and the losses in the overflow lines increase. Depending on the chosen conditions, however, the 'NVirk-Lingsgrad is not influenced, despite the much smaller space requirement. In general, the diameters of the last steps decrease, and the e-values for the last steps can then be chosen to be even larger.