CH464431A - Guide device on axial compressor - Google Patents

Guide device on axial compressor

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Publication number
CH464431A
CH464431A CH1293267A CH1293267A CH464431A CH 464431 A CH464431 A CH 464431A CH 1293267 A CH1293267 A CH 1293267A CH 1293267 A CH1293267 A CH 1293267A CH 464431 A CH464431 A CH 464431A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
blades
impeller
compressor
guide ring
inlet guide
Prior art date
Application number
CH1293267A
Other languages
German (de)
Inventor
Walter Dipl Ing Becht
Original Assignee
Ltg Lufttechnische Gmbh
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Publication date
Application filed by Ltg Lufttechnische Gmbh filed Critical Ltg Lufttechnische Gmbh
Publication of CH464431A publication Critical patent/CH464431A/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
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/56Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/563Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable specially adapted for elastic fluid pumps

Landscapes

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

Description

  

      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.



      Guide device on agial compressor The invention relates to a guide device on a single or multi-stage axial compressor with a flow guide ring upstream of the impeller of the first stage, the blades of which are pivotable about axes arranged radially to the compressor axis, and with one concentric in front of the impeller of the first stage arranged to the compressor axis, the shape of the suction mouth or

   the stabilizing surface adapted to the outer housing. In axial compressors, if the throttling is strong below the normal operating range, i.e. if the flow rate is smaller, the characteristic line never becomes unstable.

   The characteristic, which is characterized in that the pressure increase is plotted as a function of the delivery rate, has saddle-shaped indentations in conditions deviating from the normal operating state, which are associated with a more or less violent pressure decrease instead of an increase in pressure. These operating states are undesirable for acoustic reasons, since the flow that is broken up in the impeller leads to severe noise pollution. At the same time associated with these phenomena are hazards to the rotor blades, which are set into vibrations by the unstable flow.

   These phenomena are due to a strong radial shift of the streamlines in the impeller outwards, so that the entire flow is shifted to the tip of the impeller. With strong throttling, ring vortices can occur at the impeller inlet, which can push the delivery rate down to zero.



  A simple means of eliminating these annoying phenomena consists in the arrangement of a so-called suction ring or a stabilizing surface, which is placed in front of the impeller at a certain distance from the housing. This stabilization surface must be brought as close as possible to the leading edges of the blades. This surface has the property that it partially prevents the formation of the vortex described above and still enforces a healthy flow in the vicinity of the blade tips of the impeller.

   This is noticeable in a homogenization of the characteristic, i.e. H. the pressure-volume curve. The saddle-shaped, deep bulges downward in the characteristic curve disappear or are at least softened to such an extent that stable operation is possible. The sound behavior of the compressor is significantly different than without this stabilization surface and the vibration stresses on the blades are reduced.



  In axial compressors with a fixed inlet guide wheel, it has proven to be advantageous to arrange the stabilizing surface between this and the subsequent impeller.



  A quantity control is given in every rotary machine by changing the speed. However, the quantities can also advantageously be regulated at a fixed speed by a controllable stator, which is placed in front of the impeller of the first stage. When the rotating guide vanes are positioned in the direction of the circumferential direction, the amount is reduced (central twist). The amount is increased with counter-twist. With this method of flow control, however, the same inconveniences occur again with greater throttling as with the stage without stabilizer.



  In order to be able to operate a compressor in the largest work area without having to accept these disadvantages of acoustic nuisance and the risk of blade vibrations, a control device is to be created, thanks to which the compressor can work with an approximately stable characteristic in the various operating areas able. In ventilation systems, it is of the greatest advantage to create stable flow conditions in the compressor stage in every required operating range in the event of greatly changing flow rates, which are related to the requirements of the manufacturing process to be operated with air.



  According to the invention, the object is to be achieved in that the pivotable blades of the inlet guide ring extend from the hub of the compressor to approximately the inside of the stabilizing surface, this covering the blades of the inlet guide ring at least over their entire axial extent up to immediately in front of the impeller, so that between the housing wall and its stabilizing surface create an annular gap that remains free from guide vanes.



  It has been found to be particularly advantageous to give the annular gap formed between the stabilizing surface and the hous se a radial width of about 1/8 to 1/7 of the radial blade length.



  Likewise, in a preferred embodiment, the axial distance between the outlet edges of the inlet guide vanes of the inlet guide wheel and the inlet edges of the rotor blades should be at least eight times the greatest profile thickness of the inlet guide vanes in the fully open state.



  With the mentioned width of the annular gap, the most favorable characteristics result in the pressure-quantity diagram. The further mentioned distance guarantees the acoustically quietest running of the compressor with the mentioned masses.



  The invention is explained in more detail in the following description of an embodiment of the subject matter of the invention, shown purely schematically in the accompanying drawing.



       1 shows a partial longitudinal section through a compressor stage, in FIG. 2 a detail is shown on an enlarged scale in the section along the line II-II in FIG. The compressor has, in the usual and known manner, an impeller with blades 1 and a stator with blades 2 connected downstream of this.

   In front of the impeller is a pre-guide 3 with pivoting about axes 5 ble blades 4 for regulating the throughput is arranged. These guide vanes 4 of the inlet guide wheel 3 do not extend from the hub 8 to the housing 6 of the compressor, but rather. only up to an annular stabilizing surface 7, which extends at least over the entire axial extent of the guide vanes 4 right up to the leading edge of the impeller vanes 1 and thus covers the guide vanes 4 to the outside.



  The annular stabilizing surface forms an annular gap 9 with the housing 6, to which it is adapted in shape. This annular gap 9 preferably has a width in the radial direction which corresponds to approximately 1/8 to 1/7 of the total radial length of the rotor blades 1. The gap 10 formed between the leading edges of the impeller blades 1 and the edges of the stabilization surface 7 directed towards them should be kept as small as possible. So you will approach the edge of the stabilizing surface as close to the front edges of the impeller surfaces 1 as it is just possible for safety reasons.

    



  Just as an optimal dimension has been found for the width of the annular gap 9, this also applies to the distance 11 between the front edges of the impeller blades. 1 and the rear edges of the guide vanes 4 of the inlet guide wheel 3 in their fully open state. It has been found that this distance should be at least eight times the greatest profile thickness 12 of the blades 4 of the inlet guide wheel 3 in the fully open state.



  With the arrangement according to the invention, it is very easy to achieve volume control with the help of the adjustable inlet guide wheel at a constant speed, without getting into the demolition area with very strong throttling, in which, as described, inconsistencies of acoustical and mechanical nature occur. This can only be achieved by the described mutual assignment of the stabilization surface with the rotatable inlet guide vanes arranged below it in front of the impeller. Even with small volumes throughput, an almost monotonous pressure-volume curve is achieved.



  With the embodiment of an axial compressor according to the invention, the task at hand can even be mastered so well that in multi-stage compressors a controllable inlet guide wheel 3 with the stabilizing surface 7 assigned to it according to the invention only needs to be arranged in front of the impeller of the first and then at the earliest the fourth stage. The desired effect occurs over three stages.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Leitvorrichtung an einem ein- oder mehrstufigen Axialverdichter mit einem dem Laufrad der ersten Stufe vorgeschalteten Vorleitkranz, dessen Schaufeln um ra dial zur Verdichterachse angeordnete Achsen schwenk bar sind, und mit einer vor dem Laufrad der ersten Stufe konzentrisch zur Verdichterachse angeordneten, der Form des Saugmundes bzw. PATENT CLAIM Guide device on a single or multi-stage axial compressor with a preliminary guide ring upstream of the impeller of the first stage, the blades of which can be pivoted about axes arranged radially to the compressor axis, and with a suction mouth that is arranged in front of the impeller of the first stage concentrically to the compressor axis or. des Aussengehäuses ange- passten Stabilisierungsfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die schwenkbaren Schaufeln (4) des Vorleitkranzes (3) von der Nabe (8) des Verdichters bis etwa zur Innenseite der Stabilisierungsfläche (7) reichen, wobei diese die Schaufeln des Vorleitkranzes (3) wenigstens über deren gesamte axiale Erstreckung bis unmittelbar vor das Laufrad (1) abdeckt, so dass zwischen der Gehäusewand (6) und deren Stabilisierungsfläche (7) ein von Leitschaufeln freibleibender Ringspalt (9) ent steht. UNTERANSPRÜCHE 1. The stabilization surface adapted to the outer casing, characterized in that the pivotable blades (4) of the inlet guide ring (3) extend from the hub (8) of the compressor to approximately the inside of the stabilization surface (7), these being the blades of the inlet guide ring (3) covers at least its entire axial extent up to immediately in front of the impeller (1), so that an annular gap (9) which remains free of guide vanes is formed between the housing wall (6) and its stabilizing surface (7). SUBCLAIMS 1. Leitvorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der Gehäusewand (6) und der Stabilisierungsfläche (7) gebildete Ringspalt (9) eine radiale Breite von etwa 1/8 bis 1/7 der radialen Länge der Schaufeln des Laufrades (1) aufweist. 2. Leitvorrichtung nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand (11) zwischen den Austrittskanten der Schau feln (4) des Vorleitkranzes (3) und den Eintrittskanten der Schaufeln des Laufrades (1) wenigstens das 8-fache der grössten Profildicke (12) der Schaufeln (4) des Vorleitkranzes (3) in ganz geöffnetem Zustand be trägt. Guide device according to patent claim, characterized in that the annular gap (9) formed between the housing wall (6) and the stabilizing surface (7) has a radial width of approximately 1/8 to 1/7 of the radial length of the blades of the impeller (1). 2. Guide device according to claim and sub-claim 1, characterized in that the axial distance (11) between the trailing edges of the blades (4) of the inlet guide ring (3) and the leading edges of the blades of the impeller (1) is at least 8 times that largest profile thickness (12) of the blades (4) of the inlet guide ring (3) in the fully open state be.
CH1293267A 1966-10-05 1967-09-15 Guide device on axial compressor CH464431A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0477740A1 (en) * 1990-09-25 1992-04-01 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Axial-flow blower

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0477740A1 (en) * 1990-09-25 1992-04-01 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Axial-flow blower
US5230605A (en) * 1990-09-25 1993-07-27 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Axial-flow blower

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