Leitvorrichtung an Agialverdichter Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitvorrichtung an einem ein- oder mehrstufigen Axialverdichter mit einem dem Laufrad der ersten Stufe vorgeschalteten Vorleitkranz, dessen Schaufeln um radial zur Verdich- terachse angeordnete Achsen schwenkbar sind, und mit einer vor dem Laufrad der ersten Stufe konzentrisch zur Verdichterachse angeordneten, der Form des Saugmun des bzw.
des Aussengehäuses angepassten Stabilisie- rungsfläche. Bei Axialverdichtern tritt bei starker Dros selung unterhalb des normalen Betriebsbereiches, also bei kleinerer Fördermenge, eine Instabilität der Kennli nie auf.
Die Kennlinie, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Druckerhöhung in Funktion der Fördermenge aufgetragen wird, erhält bei vom Normalbetriebszustand abweichenden Zuständen sattelförmige Einbuchtungen, die verbunden sind mit einer mehr oder weniger heftigen Druckabnahme statt mit einer Druckzunahme. Diese Betriebszustände sind aus akustischen Gründen uner wünscht, da die im Laufrad abgerissene Strömung zu starken Schallbelästigungen führt. Gleichzeitig mit die sen Erscheinungen verbunden sind Gefährdungen der Laufschaufeln, die durch die instabile Strömung in Schwingungen versetzt werden.
Diese Erscheinungen sind bedingt durch eine starke radiale Verschiebung der Stromlinien im Laufrad nach aussen, so dass sich die ganze Strömung der Spitze des Laufrades zu verlagert. Es können bei starker Drosselung Ringwirbel am Lauf radeintritt auftreten, die die Fördermenge bis auf Null herunterdrücken können.
Ein einfaches Mittel, um diese lästigen Erscheinun gen auszuschalten, besteht in der Anordnung eines sogenannten Saugringes oder einer Stabilisierungsfläche, die vor das Laufrad in einem bestimmten Abstand vom Gehäuse gesetzt wird. Diese Stabilisierungsfläche muss so nahe wie möglich an die Eintrittskanten der Lauf schaufeln herangebracht werden. Diese Fläche hat die Eigenschaft, dass sie die Ausbildung des vorhin geschil- derten Wirbels zum Teil verhindert und in der Nähe der Schaufelspitzen des Laufrades noch eine gesunde Strö mung erzwingt.
Dies macht sich bemerkbar in einer Vergleichmässigung der Charakteristik, d. h. der Druck- Mengen-Kurve. Die sattelförmigen, tiefen Ausbuchtun gen nach unten in der Kennlinie verschwinden oder werden doch so stark gemildert, dass ein stabiler Betrieb möglich ist. Das Schallverhalten des Verdichters ist ein wesentlich anderes als ohne diese Stabilisierungsfläche und die Schwingungsbeanspruchungen der Laufschau- feln, werden gemindert.
Bei Axialverdichtern mit einem fest eingestellten Vorleitrad hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Stabilisierungsfläche zwischen diesem und dem nachfol genden Laufrad anzuordnen.
Eine Mengenregelung ist bei jeder Kreiselmaschine durch Drehzahlveränderungen gegeben. Es können aber auch mit einer festen Drehzahl die Mengen vorteilhaft durch ein regelbares Leitrad geregelt werden, welches vor das Laufrad der ersten Stufe gesetzt wird. Bei einer Stellung der drehbaren Leitschaufeln im Sinne der Umfangsrichtung wird die Menge verkleinert (Mittdrall). Bei Gegendrall wird die Menge vergrössert. Bei dieser Methode der Mengenregelung treten jedoch bei stärkerer Abdrosselung wieder dieselben Unannehmlichkeiten auf wie bei der Stufe ohne Stabilisator.
Um einen Verdichter in einem grössten Arbeitsbe reich betreiben zu können, ohne diese Nachteile der akustischen Belästigung und der Gefahr der Schaufel schwingungen in Kauf nehmen zu müssen, soll eine Leitvorrichtung geschaffen werden, dank welcher der Verdichter in den verschiedenen Betriebsgebieten mit annähernd stabiler Kennlinie zu arbeiten vermag. Bei lufttechnischen Anlagen ist es von grösstem Vorteil, bei stark wechselnden Fördermengen, die mit den Erforder nissen des mit Luft zu bedienenden Fabrikationsvorgan ges zusammenhängen, in jedem geforderten Betriebsbe- reich stabile Strömungsverhältnisse in der Verdichterstu- fe zu schaffen.
Die gestellte Aufgabe soll erfindungsgemäss dadurch gelöst werden, dass die schwenkbaren Schaufeln des Vorleitkranzes von der Nabe des Verdichters bis etwa zur Innenseite der Stabilisierungsfläche reichen, wobei diese die Schaufeln des Vorleitkranzes wenigstens über deren gesamte axiale Erstreckung bis unmittelbar vor das Laufrad abdeckt, so dass zwischen der Gehäuse wand und deren Stabilisierungsfläche ein von Leitschau- feln, freibleibender Ringspalt entsteht.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dem zwischen der Stabilisierungsfläche und dem Gehäu se gebildeten Ringspalt eine radiale Breite von etwa 1/8 bis 1/7 der radialen Laufschaufellänge zu geben.
Ebenso soll bei einer bevorzugten Ausführungsform der axiale Abstand zwischen den Austrittskanten der Vorleitschaufeln des Vorleitrades und den Eintrittskan ten der Laufschaufeln wenigstens das Achtfache der grössten Profildicke der Vorleitschaufeln in ganz geöff netem Zustand betragen.
Bei der genannten Breite des Ringspaltes ergeben sich die günstigsten Kennlinien im Druck-Mengen-Dia- gramm. Der weiterhin genannte Abstand gewährleistet mit den genannten Massen den akustisch ruhigsten Lauf des Verdichters.
Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung einer in der beigefügten Zeichnung rein schematisch dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstan des näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Teillängsschnitt durch eine Ver- dichterstufe,in Fig. 2 ist eine Einzelheit in vergrössertem Masstab im Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 dargestellt. Der Verdichter weist in. üblicher und bekannter Weise ein Laufrad mit Schaufeln 1 sowie ein diesem nachgeschaltetes Leitrad mit Schaufeln 2 auf.
Vor dem Laufrad ist ein Vorleitrad 3 mit um Achsen 5 schwenk baren Schaufeln 4 zur Regelung der Durchsatzmenge angeordnet. Diese Leitschaufeln 4 des Vorleitrades 3 erstrecken sich von der Nabe 8 nicht bis zum Gehäuse 6 des Verdichters, sondern. lediglich bis zu einer ringförmi gen Stabilisierungsfläche 7, welche sich wenigstens über die gesamte axiale Erstreckung der Leitschaufeln 4 bis unmittelbar an die Vorderkante der Laufradschaufeln 1 ausdehnt und so die Leitschaufeln 4 nach aussen abdeckt.
Die ringförmige Stabilisierungsfläche bildet mit dem Gehäuse 6, dem sie in ihrer Form angepasst ist, einen Ringspalt 9. Dieser Ringspalt 9 hat vorzugsweise eine Breite in Radialrichtung, welche etwa 1/8 bis 1/7 der gesamten radialen Länge der Laufschaufeln 1 entspricht. Der zwischen den Vorderkanten der Laufradschaufeln 1 und den diesen zu gerichteten Kanten der Stabilisie rungsfläche 7 gebildete Spalt 10 soll so klein wie möglich gehalten werden. Man wird also mit der Kante der Stabilisierungsfläche so nahe an die Vorderkanten der Laufradflächen 1 herangehen, wie es aus Sicherheits gründen gerade noch möglich ist.
Ebenso wie sich für die Breite des Ringspaltes 9 ein optimales Mass herausgestellt hat, gilt dies auch für den Abstand 11 zwischen den Vorderkanten der Laufrad- schaufeln. 1 und den Hinterkanten der Leitschaufeln 4 des Vorleitrades 3 in deren ganz geöffnetem Zustand. Es hat sich herausgestellt, dass dieser Abstand wenig stens das Achtfache der grössten Profildicke 12 der Schaufeln 4 des Vorleitrades 3 in ganz geöffnetem Zustand betragen sollte.
Mit der erfindungsgemässen Anordnung ist es sehr einfach möglich, mit Hilfe des verstellbaren Vorleitrades bei konstanter Drehzahl eine Mengenregelung zu errei chen, ohne dass man bei sehr starker Drosselung in das Abrissgebiet kommt, in welchem, wie beschrieben, Un zuträglichkeiten akustischer und mechanischer Natur auftreten. Dies kann nur durch die beschriebene gegen seitige Zuordnung der Stabilisierungsfläche mit den unter ihr angeordneten drehbaren Vorleitschaufeln vor dem Laufrad erreicht werden. Auch bei kleinen Mengen durchsätzen wird eine annähernd monoton verlaufende Druck-Mengen-Kurve erzielt.
Mit der erfindungsgemässen Ausführungsform eines Axialverdichters kann die gestellte Aufgabe sogar so gut gemeistert werden, dass bei mehrstufigen Verdichtern lediglich vor das Laufrad der ersten und dann frühestens der vierten Stufe ein regelbares Vorleitrad 3 mit der diesem erfindungsgemäss zugeordneten Stabilisierungs fläche 7 angeordnet zu werden braucht. Die erstrebte Wirkung tritt also über drei Stufen ein.