Diffusor an einem Überschallradialkompressor Die mit Schaufeln versehenen Diffusoren üblicher Bauart verursachen, wenn die Strömung durch diesel ben mit Überschallgeschwindigkeit erfolgt, Stosswel len, wodurch die Strömung in einem Ausmasse zum Abreissen kommt, dass der Wirkungsgrad des Dif- fusors dadurch ganz erheblich herabgesetzt wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaf fung eines Diffusors, welcher mit gutem Wirkungs grad arbeitet, wenn die Geschwindigkeit der durch denselben fliessenden Strömung von Überschall- auf Unterschallgeschwindigkeit abnimmt, ohne dass Druck wellen entstehen, und welcher zur Zusammenarbeit mit einem Kompressor für Überschallgeschwindigkeit besonders geeignet ist.
Hierzu ist erfindungsgemäss ein Diffusor an einem Überschallradialkompressor mit einem vor dem be- schaufelten Teil liegenden, schaufellosen Teil, in wel chem die das Laufrad mit Überschallgeschwindigkeit verlassende Strömung auf Unterschallgeschwindig keit verlangsamt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittskante jeder Leitschaufel über die Breite des Kanals gesehen vom Anfang des Diffusorkanals einen verschieden grossen Abstand aufweist, um den Verlauf der Eintrittskante der Geschwindigkeitsver teilung der das Laufrad verlassenden Strömung anzu nähern, und dass das Profil so ausgebildet ist,
dass an jedem Punkt der Eintrittskante die Strömung stossfrei eintritt, so dass sich keine Druckwellen zwischen be nachbarten Schaufeln ausbilden.
In der beiliegenden Zeichnung sind Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 ist ein Bruchstück eines Axialschnittes durch einen Radialkompressor und einen Diffusor; da bei ist die Verteilung der Geschwindigkeiten der den Kompressor verlassenden Strömung in gestrichelten Linien dargestellt. Fig. 2 ist ein Bruchstück eines Schnittes nach der Linie 2-2 in Fig. 1.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer ab geänderten Ausführungsform der vorliegenden Er findung.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer wei teren, abgeänderten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung.
Fig. 5, 6 und 7 sind leicht abgeänderte Schnitte, ähnlich der Fig. 2, und zeigen die Spiralbahn der ein zelnen Partikel. .
Ein Laufrad eines Radialkompressors ist so an geordnet, dass es Luft mit Überschallgeschwindigkeit in einen Diffusor fördert, wobei die Diffusorschau- feln im Abstand von dem Laufrad angeordnet sind, so dass eine gewisse Diffusion bereits zwischen dem Laufrad -und den Diffusorschaufeln eintritt. Die Dif- fusorschaufeln weisen Kanten auf, deren Form durch die Verteilung der Geschwindigkeiten der das Lauf rad verlassenden Strömung bestimmt ist.
Insbeson dere ersieht man aus Fig. 1 der Zeichnung, dass ein Laufrad 10 die Schaufeln 11 aufweist, welche neben einem festen Mantelteil 12 laufen und mit einem rotierenden Mantelteil 13 aus einem Stück bestehen. Die Schaufeln 11 sind mit Enden 14 versehen, von welchen die Luft in einen Diffusorkanal 15 abströmt, der durch die Wandungen 16 und 17 bestimmt wird.
Die zwischen den Schaufeln des Laufrades 10 hin durchströmende Luft wird mit überschallgeschwin- digkeiten in den Diffusorkanal 15 gedrückt. Die Ver teilung dieser Strömungsgeschwindigkeiten nimmt bei der Nenndrehzahl des Kompressors die durch die ge strichelte Linie 18 dargestellte Form an. Die zwischen den Wandungen 16 und 17 befestigten Diffusorschau- feln 21 besitzen Eintrittskanten 22 mit einer im we sentlichen kurvenförmig ausgeschnittenen bzw. aus- gesparten Form, welche durch Verteilung der Strö mungsgeschwindigkeiten, wie sie durch die gestri chelte Linie 18 dargestellt ist, bestimmt ist.
Die Form gebung dieser Linie 18 zeigt verhältnismässig niedrige Geschwindigkeiten an den Wänden 12 und 13. Diese niedrigeren Geschwindigkeiten werden durch eine Grenzschichtströmung an den Wänden verursacht. Es sei angenommen, dass die Strömung an einem Punkt 19 auf der Mittellinie überschallgeschwindig- keit habe, während an einem anderen Punkt 20 der Mittellinie die Geschwindigkeit infolge der zunehmen den Diffusion in dem Kanal 15 zwischen den Wan dungen 16 und 17 auf praktisch Schallgeschwindig keit herabgesetzt worden sei.
Wenn die Strömung von dem Punkt 20 auf der Mittellinie fortschreitet und bis zu einem Punkt 23 an der Eintrittskante der Diffusor- schaufel 21 weiterhin diffundiert, wird die Strömung an der Mittellinie auf Unterschallgeschwindigkeit her abgesetzt. Ebenso werden die anderen Geschwindig keiten der Strömung ausreichend diffundiert, bevor das ausgeschnittene Profil der Eintrittskante 22 er reicht wird, so dass sich auch hier Unterschall geschwindigkeiten einstellen.
Da die Geschwindig keiten an den Wänden 12 und 13 niedriger sind als in der Mitte der Strömung in dem Kanal 15, hat die das Laufrad 11 an seinem Umfange 14 und neben den Wänden 12 und 13 verlassende Strömung eine andere Richtung als die Strömung, welche den Umfang des Laufrades im mittleren Bereich der Strömung verlässt. Aus den Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist ersichtlich, dass die durch den Pfeil A angezeigte Strömung an den Wänden eine niedrige Geschwindigkeit besitzt und das Laufrad unter einem kleinen Winkel zu einer an den Umfang desselben gezogenen Tangente ver lässt.
Die Pfeile B und C stellen die Strömung dar, welche gegen die Mitte der Strömung am Umfang des Laufrades mit zunehmend höheren Geschwindigkei ten und mit zunehmend grösseren Winkeln das Lauf rad verlassen.
Jede Partikel die das Laufrad verlassenden Strö mung beschreibt im Diffusorteil eine Spirale. Diese Spirale ist für die Partikel an den Wänden des Dif- fusors flach und wird gegen die Mitte, das heisst mit zunehmender Austrittsgeschwindigkeit, steiler (Fig. 5 bis 7). Jede Partikel trifft auf die Leitradschaufel an dem Punkt, an welchem die Tangente der Spirale der Partikel mit der Tangente an die Krümmungslinie durch die Mitte des Leitschaufelprofils zusammen fällt. .
Wie aus der Fig. 1 der Zeichnung hervorgeht, trifft die Strömung beim Punkt 23 der Eintrittskante 22 der Schaufel 21 mit der Geschwindigkeit C auf. Die Punkte 23a und 23b sind die den Strömungs geschwindigkeiten<I>A</I> und<I>B</I> entsprechenden Punkte. Zu den Fig. 2, 5, 6 und 7 ist zu bemerken, dass die das Laufrad an einem gewissen Punkt verlassenden Partikel nicht unbedingt die die Bezugszeichen 23, 23a und 23b tragenden Leitschaufeln treffen müssen; diese Punkte 23, 23a und 23b auf den Leitradschau- feln geben nur den Ort an, an welchen Partikel mit durch die Pfeile A, B und C angezeigten Geschwindig keiten auf eine Leitradschaufel auftreffen würden.
Es ist wohl klar, dass verschiedene Konstruk tionsverhältnisse bei den Eintrittskanten der Schau feln die allerverschiedenste Formgebung erfordern können, um praktisch den Strömungsgeschwindigkei ten und den Winkeln zu entsprechen. Diese Anord nung bringt alle Vorteile der schaufellosen Diffusion für eine Strömung mit Überschallgeschwindigkeit mit sich und macht sich insbesondere die Diffusion mit tels Schaufeln einer Strömung mit Unterschall geschwindigkeit in der Grenzschicht zunutze. Infolge des Umstandes, dass die Eintrittskantenprofile der Diffusorschaufeln bis in den Bereich ausgeschnitten sind, in welchem Überschallgeschwindigkeit nicht mehr auftreten kann, können Druckwellen vermieden werden.
Druckwellen S, wie sie bei den beschaufelten Diffusoren üblicher Bauart vorkommen können, gibt es bei dem vorliegenden Diffusor nicht.
Bei der Ausführungsform, wie sie schematisch in der Fig. 3 der Zeichnung dargestellt ist, ist die Ver teilung der Strömungsgeschwindigkeiten von einem Laufrade 24 her so, wie die gestrichelte Linie 25 an zeigt; dabei ist die Strömungsgeschwindigkeit auf einer Mittellinie nicht am höchsten. Einem solchen Lauf- rade mit asymmetrischer Verteilung der Strömungs geschwindigkeiten können Diffusorschaufeln 26 mit schrägen Eintrittskanten 27 zugeordnet werden, und zwar so, dass dieselben unter Berücksichtigung der relativ kleinen Breite der Verteilung der vom Lauf rad erzeugten Strömungsgeschwindigkeiten angenä hert sind.
Aus Fig. 4 der Zeichnung ist ersichtlich, dass ein Laufrad 28 mit einem dazugehörigen Diffusor ver sehen ist, dessen Schaufeln 29 auf ihrer ganzen Länge in der Mitte zwischen den Wänden des Diffusorkanals völlig ausgeschnitten sind. Die Diffusorschaufeln 29 werden verwendet, um die Strömung nahe den Wan dungen des Strömungskanals zu diffundieren, zwi schen denselben aber eine schaufellose Diffusion zu stande zu bringen.
Diese Schaufeln 29 zwingen eine derartige Grenzschichtströmung dazu, mehr in der Richtung der Strömung mit höherer Geschwindigkeit, welche durch den in der Mitte ausgeschnittenen Teil der Diffusorschaufeln 29 geht, zu strömen. Die Grenz- schichtreibungsverluste an den Diffusorwandungen werden also auf ein Mindestmass herabgesetzt.
Dieser Diffusor kann für die Diffusion einer Strö mung mit Überschallgeschwindigkeit bei hohen Mach-Zahlen von ganz besonderem Nutzen sein.
Es ist klar, dass bei der vorliegenden Erfindung verschiedene Ausführungsformen möglich sind.