CH675751A5

CH675751A5 -

Info

Publication number: CH675751A5
Application number: CH9088A
Authority: CH
Inventors: Gennady Fedorovich Velikanov; Khanafi Ibragimovich Muratov; Valentin Alexeevich Ryabov; Kir Borisovich Sarantsev; Valentin Gennadievich Soloviev
Original assignee: Proizv Ob Nevsky Z Im V I
Priority date: 1988-01-18
Filing date: 1988-01-12
Publication date: 1990-10-31
Also published as: DE3801203C2; DE3801203A1; FR2626322B1; FR2626322A1

Description

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

CH 675 751 A5 CH 675 751 A5

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad eines Kreiselverdichters. Am vorteilhaftesten kann die Erfindung in pneumatischen Netzen von Industriebetrieben, Strassenbaustelien, Bergbaubetrieben sowie bei der Gasförderung über Gasleitungen, in Luftversorgungsanlagen der Schmelzöfen, zur Ammoniak- und Polyäthylenerzeugung und zur Gastrennung verwendet werden. The invention relates to an impeller of a centrifugal compressor. The invention can be used most advantageously in pneumatic networks of industrial plants, road construction sites, mining plants and in gas delivery via gas lines, in air supply systems for the melting furnaces, for ammonia and polyethylene production and for gas separation.

Gaskompression und -förderung werden beim Verdichtereinsatz mit Hilfe von im Laufrad angeordneten Schaufeln erzielt, wobei der Wirkungsgrad eines Verdichters von der Form der Schaufelarbeitsfläche wesentlich abhängt, die in verschiedenen Laufradkonstruktionen verschiedenartig ausgebildet wird. When compressors are used, gas compression and delivery are achieved with the aid of blades arranged in the impeller, the efficiency of a compressor essentially depending on the shape of the blade working surface, which is designed differently in different impeller designs.

Es ist ein Verdichterlaufrad (s. V.F. Ris, «Tsentrobezhnye mashiny», 1981, Verlag Mashinostroenie, Leningrad, S. 15) mit einem Tragring und daran angebrachten Schaufeln, deren Eintrittskanten auf einer zylindrischen bzw. kegeligen Fläche liegen, wobei die Achse dieser Fläche mit der Laufradachse zusammenfällt, bekannt. Die Austrittskanten der Schaufeln befinden sich auf einer zylindrischen Fläche, deren Achse mit der Laufradachse zusammenfällt. Die Schaufelarbeitsfläche ist durch Bewegung einer geradlinigen, zur Laufradachse parallelen Erzeugenden gebildet, wobei eine bestimmte zylinderförmige Fläche gebildet wird, die in bezug auf die Laufradachse unsymmetrisch ist. It is a compressor impeller (see VF Ris, "Tsentrobezhnye mashiny", 1981, publisher Mashinostroenie, Leningrad, p. 15) with a support ring and attached blades, the leading edges of which lie on a cylindrical or conical surface, the axis of this surface coincides with the impeller axis, known. The trailing edges of the blades are on a cylindrical surface, the axis of which coincides with the impeller axis. The blade working surface is formed by moving a rectilinear generatrix parallel to the impeller axis, a specific cylindrical surface being formed which is asymmetrical with respect to the impeller axis.

In diesem Falle befindet sich die ganze Schaufelfläche im radialen Laufradbereich. In this case, the entire blade surface is in the radial impeller area.

Im beschriebenen Laufrad kann der Schaufelaustrittswinkel kleiner als 90° ausgeführt werden. In diesem Falle ist die Arbeitsleistung bei einem maximalen Wirkungsgrad bedeutend grösser als jene Leistung, bei der ein Pumpen beginnt. Dies ermöglicht es, das besagte Laufrad in ortsfesten Verdichtern mit einem ausreichend breiten Änderungsbereich der Leistung ohne merkliche Wirkungsgradverluste einzusetzen. In the impeller described, the blade exit angle can be made less than 90 °. In this case, the work output at maximum efficiency is significantly greater than the output at which pumping begins. This enables the said impeller to be used in stationary compressors with a sufficiently wide range of changes in output without noticeable losses in efficiency.

In Laufrädern des angegebenen Typs findet aber infolgedessen, dass im axialen Laufradbereich keine Schaufeln vorhanden sind, eine starke Richtungsänderung des Gasstroms bei seinem Übergang aus dem axialen in den radialen Laufradbereich statt. Dies bedingt, dass Gas auf die Eintrittskanten der Schaufeln, die im radialen Bereich des Laufrads angeordnet sind, unter einem Anströmwinkel gelangt, der sich längs der Eintrittskantenlinie ändert. Dadurch wird der Wirkungsgrad stark vermindert, insbesondere dann, wenn das Grössenverhältnis der Laufradbreite zum Laufradaussendurchmesser von einem optimalen Wert von ca. 0,05 abweicht. In impellers of the specified type, however, as a result of the fact that there are no blades in the axial impeller region, there is a strong change in direction of the gas flow during its transition from the axial to the radial impeller region. This means that gas reaches the leading edges of the blades, which are arranged in the radial region of the impeller, at an inflow angle that changes along the leading edge line. This greatly reduces the efficiency, especially if the size ratio of the impeller width to the impeller outer diameter deviates from an optimal value of approx. 0.05.

Ausserdem weist ein Laufrad ohne Schaufeln im axialen Bereich eine bedeutend verminderte Festigkeit auf. In addition, an impeller without blades has a significantly reduced strength in the axial area.

Es ist ein Laufrad eines Kreiselverdichters (SU, A, 691 606) mit einer Tragscheibe und daran angebrachten Schaufeln bekannt. Die Schaufeleintrittskanten liegen in einer Ebene, die zur Laufradachse senkrecht sind, und die Austrittskanten - auf einer zylindrischen Fläche, deren Achse mit der Laufradachse zusammenfällt. Die Erzeugende der Schaufelarbeitsfläche stellt eine Gerade dar, die in einer zur Laufradachse senkrechten Ebene derart verläuft, dass sie diese Achse nicht kreuzt. Die Erzeugende bildet die Arbeitsfläche unter einer Schraubenbewegung längs der Laufradachse und um diese herum. Dabei ändert sich der Abstand zwischen der Erzeugenden und der Laufradachse derart, dass der Sinus des Neigungwinkels der Erzeugenden in bezug auf einen Laufradradius, der über den Schnittpunkt der Erzeugenden mit der Schaufelaussenkante verläuft, zu sin y • xn proportional ist, wobei y Konstante, x Grössenverhältnis einer Bewegung der Erzeugenden zur Länge des Laufrads längs dessen Achse und n Exponent bedeuten. An impeller of a centrifugal compressor (SU, A, 691 606) with a support disk and blades attached to it is known. The blade leading edges lie in a plane that is perpendicular to the impeller axis, and the trailing edges - on a cylindrical surface, the axis of which coincides with the impeller axis. The generatrix of the blade working surface represents a straight line which runs in a plane perpendicular to the impeller axis in such a way that it does not cross this axis. The generatrix forms the working surface under a screw movement along and around the impeller axis. The distance between the generatrix and the impeller axis changes in such a way that the sine of the inclination angle of the generatrix with respect to an impeller radius that extends over the intersection of the generatrix with the blade outer edge is proportional to sin y • xn, where y constant, x Size ratio of a movement of the generators to the length of the impeller along its axis and n exponent mean.

Im beschriebenen Laufrad soll der Schaufelaustrittswinkel 90° betragen, weil nur bei diesem Winkelwert die Bedingung seiner Konstanz auf der ganzen Länge der Schaufelaustrittskante erfüllt ist. Dazu ist erforderlich, dass die Erzeugende auf der Schaufelaustrittsfläche radial gerichtet ist Beim Betrieb der Verdichter mit derartigen Laufrädern bleibt jedoch ein ausreichend hoher Wirkungsgrad nur in einem engen Änderungsbereich der Leistung erhalten, weil bei einem Schaufelaustrittswinkel von 90° der maximale Wirkungsgrad mit dem Pumpenbeginn zusammenfällt. Dies steht einem Einsatz dieser Laufäder in ortsfesten Verdichtern mit einem weiten Änderungsbereich der Leistung im Wege, weil eine grosse Leistungsänderung eine starke Verminderung des Wirkungsgrades bewirkt. In the impeller described, the blade exit angle should be 90 °, because only at this angle value is the condition of its constancy met over the entire length of the blade exit edge. This requires that the generatrix on the blade exit surface be directed radially. However, when the compressors are operated with such impellers, a sufficiently high degree of efficiency is only maintained in a narrow range of power changes, because with a blade exit angle of 90 °, the maximum efficiency coincides with the start of the pump. This is an obstacle to the use of these impellers in stationary compressors with a wide range of changes in output, because a large change in output causes a great reduction in efficiency.

Ausserdem hat im vorstehend angeführten Ausdruck sin y • xn ein «n»-Wert wenigstens Zwei zu betragen, weil widrigenfalls die gebildete Fläche keine zufriedenstellende Anströmbedingungen für einen Gasstrom in bezug auf die Schaufeleintrittsflächen sicherstellt. Jedoch wird bei «n»-Werten von Zwei aufwärts die Arbeitsfläche einer Schaufel durch eine starke Änderung der Flächenkrümmung auf der ganzen Schaufellänge gekennzeichnet. Dies vergrössert die Möglichkeit dessen, dass im die Schaufelarbeitsfläche umströmenden Gasstrom Ablösungszonen vorkommen, die eine Verminderung des Wirkungsgrads bewirken. In addition, in the above expression sin y • xn, an “n” value has to be at least two, because otherwise the area formed does not ensure satisfactory inflow conditions for a gas flow with respect to the blade entry areas. However, with “n” values from two upwards, the working surface of a blade is characterized by a large change in the surface curvature over the entire blade length. This increases the possibility of separation zones occurring in the gas flow flowing around the blade work surface, which cause a reduction in the efficiency.

Unterdessen stellt eine Anordnung der Schaufeleintrittskanten im Axialbereich eines Laufrads eine kleinere Änderung des Anströmwinkels der Eintrittskanten entlang sowie einen Anstieg der Laufradfestigkeit sicher. In the meantime, an arrangement of the blade leading edges in the axial region of an impeller ensures a smaller change in the inflow angle along the leading edges and an increase in the impeller strength.

Eine allmähliche Krümmungsänderung der Arbeitsfläche und einen noch konstanteren Anströmwinkel der Schaufeleintrittskante entlang kann man durch eine Schraubenbewegung einer geradlinigen Erzeugenden längs der Laufradachse und um diese Achse herum derart erzielen, dass sie dabei immer über diese Achse verläuft. Ausserdem wird in diesem Falle eine noch grössere Laufradfestigkeit sicherge2 A gradual change in the curvature of the working surface and an even more constant flow angle along the blade leading edge can be achieved by screwing a rectilinear generatrix along and around the impeller axis in such a way that it always runs over this axis. In addition, even greater impeller strength is ensured in this case2

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

CH 675 751 A5 CH 675 751 A5

stellt, weil die Eintrittskanten der Schaufeln in einer radialen Richtung und unter keinem Winkel zum Radius wie im Laufrad nach SU, A, 691 606 angeordnet sind. represents, because the leading edges of the blades are arranged in a radial direction and at no angle to the radius as in the impeller according to SU, A, 691 606.

Jedoch wird im Falle einer über die Laufradachse verlaufenden Erzeugenden der Schaufelaustrittswinkel immer 90° betragen. However, in the case of a generatrix running over the impeller axis, the blade exit angle will always be 90 °.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad eines Kreiselverdichters mit solchen Schaufeln zu schaffen, die unter Beibehaltung einer ausreichend hohen Laufradfestigkeit und bei Sicherung eines minimalen Anströmwinkels der Schaufeleintrittskante entlang einen Anstieg des Laufradwirkungsgrades dadurch ermöglichen, dass ein Austrittswinkel der Schaufeln unter 90° bei einer allmählichen Krümmungsänderung der Schaufelarbeitsfläche erzielt wird. The invention has for its object to provide an impeller of a centrifugal compressor with such blades, which while maintaining a sufficiently high impeller strength and ensuring a minimum inflow angle of the blade leading edge along an increase in the impeller efficiency allow that an outlet angle of the blades below 90 ° at a gradual change in curvature of the blade work surface is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Die Anwendung der genannten Erzeugenden, die durch die Laufradachse verläuft, stellt eine hohe Schaufelfestigkeit im axialen Schaufelbereich sicher. Dies ist auf eine der radialen nahe Richtung des den axialen Schaufelbereich bildenden Abschnitts einer Geraden zurückzuführen, falls die Erzeugende aus zwei Abschnitten besteht. Der Abschnitt einer Schleifenlinie, die an deren Knotenpunkt anschliesst, liegt auch einer Geraden nahe, die in der radialen Richtung verläuft. Dies stellt auch eine ausreichende Festigkeit des axialen Schaufelbereichs im Falle sicher, wenn die ganze Erzeugende eine Schleifenlinie darstellt. Zugleich ermöglicht es ein in der Erzeugenden bestehender krummliniger Abschnitt einer Schleifenlinie, Schaufelaustrittswinkel unter 90° zu erzielen und dadurch den Wirkungsgrad in einem breiten Änderungsbereich der Leistung zu steigern. Dabei wird eine allmähliche Krümmungsänderung der Schaufelarbeitsfläche sichergestellt, wodurch die Wahrscheinlichkeit vermindert wird, dass in einem diese Fläche umströmenden Gasstrom Ablösungszonen entstehen, was einem hohen Wirkungsgrad beiträgt. The use of the generatrix mentioned, which runs through the impeller axis, ensures high blade strength in the axial blade area. This is due to one of the radially close direction of the section of a straight line forming the axial blade region if the generatrix consists of two sections. The section of a loop line that adjoins its junction is also close to a straight line that runs in the radial direction. This also ensures sufficient strength of the axial blade area in the case when the entire generatrix is a loop line. At the same time, an existing curvilinear section of a loop line in the generator makes it possible to achieve blade exit angles of less than 90 ° and thereby increase the efficiency in a wide range of changes in performance. This ensures a gradual change in the curvature of the blade working surface, which reduces the likelihood that separation zones will arise in a gas stream flowing around this surface, which contributes to high efficiency.

Da die Erzeugende die Laufradachse kreuzt, kann man einen Anstellwinkel an der Schaufeleintrittskante nahe Null erhalten, was auch einem hohen Wirkungsgrad beiträgt. Since the generator crosses the impeller axis, an angle of attack at the blade leading edge can be obtained close to zero, which also contributes to high efficiency.

Es ist zweckmässig, dass sich bei Schraubenbewegung der erwähnten Erzeugenden deren Drehwinkel um die Laufradachse proportional zum Tangens hyperbolicus einer Zahl ändert, die zum Betrag der fortschreitenden Bewegung der Erzeugenden längs der Laufradachse proportional ist. It is expedient that when the generators mentioned move helically, their angle of rotation about the impeller axis changes in proportion to the hyperbolic tangent of a number which is proportional to the amount of the progressive movement of the generatrices along the impeller axis.

Diese Bewegungsart der Erzeugenden trägt der Schaffung von optimalen Bedingungen beim Schaufelumströmen durch den Gasstrom und dadurch der Wirkungsgradsteigerung bei. This type of movement of the generators contributes to the creation of optimal conditions when the gas flows around the blade and thereby increases the efficiency.

Es ist zweckmässig, dass der Drehwinkel <p der Erzeugenden bei deren Schraubenbewegung von der Schaufeleintrittskante bis zu einem Punkt auf der Schaufelfläche, der von der Eintrittskante in der Richtung zur Laufradachse hin am weitesten entfernt ist, in einem Bereich von 10 bis 45° liegt. Diese Werte des cp-Winkels sind in Versuchen ermittelt. Bei einem <p-Winkel unter 10° und über 45° wird keine minimale relative Gasstromgeschwindigkeit am Einlauf des Schaufelgitters erzielt, was eine Senkung des Wirkungsgrads bewirkt. It is expedient that the angle of rotation <p of the generators during their screw movement from the blade leading edge to a point on the blade surface which is furthest from the leading edge in the direction toward the impeller axis is in a range from 10 to 45 °. These values of the cp angle have been determined in experiments. With a <p-angle below 10 ° and above 45 °, no minimum relative gas flow velocity is achieved at the inlet of the vane grille, which leads to a reduction in efficiency.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert. Es zeigen: With the aid of the drawing, the invention is explained in more detail using an example. Show it:

Fig. 1 eine Hälfte des erfindungsgemässen Laufrads eines Kreiselverdichters im Meridionalschnitt; 1 shows a half of the impeller according to the invention of a centrifugal compressor in a meridional section;

Fig. 2 eine Ansicht des Laufrads von der Eintrittskantenseite, wobei die Deckscheibe entfernt ist; Figure 2 is a view of the impeller from the entrance edge side with the cover plate removed;

Fig. 3 eine Erzeugende, bei deren Bewegung die Schaufelarbeitsfläche gebildet wird, und Fig. 3 shows a generatrix, the blade work surface is formed when moving, and

Fig. 4 eine axonometrische Darstellung der Schaufelarbeitsfläche. Fig. 4 is an axonometric view of the blade work surface.

Das Laufrad eines Kreiselverdichters enthält eine Tragscheibe 1 (Fig. 1, 2) und eine Deckscheibe 2. Zwischen den Innenflächen 1a und 2a der Scheiben 1 bzw. 2 sind Arbeitsschaufeln 3 angeordnet. Die Eintrittskanten 4 der Schaufeln 3 sind auf der Eintrittsseite des Laufrads in einer Ebene angeordnet, die zur Laufradachse senkrecht isti die mit der Z-Achse des Koordinatensystems zusammenfällt. Die Austrittskanten 5 (Fig. 1, 4) der Schaufeln 3 befinden sich auf einer zylindrischen Fläche, deren Achse mit der Z-Achse des Laufrads zusammenfällt und deren Durchmesser dem Arbeitsdurchmesser Dz des Laufrads gleich ist. The impeller of a centrifugal compressor contains a support disk 1 (FIGS. 1, 2) and a cover disk 2. Working blades 3 are arranged between the inner surfaces 1a and 2a of the disks 1 and 2, respectively. The inlet edges 4 of the blades 3 are arranged on the inlet side of the impeller in a plane which is perpendicular to the impeller axis and which coincides with the Z axis of the coordinate system. The trailing edges 5 (FIGS. 1, 4) of the blades 3 are located on a cylindrical surface, the axis of which coincides with the Z axis of the impeller and the diameter of which is equal to the working diameter Dz of the impeller.

Die Arbeitsfläche der Schaufeln ist durch Schraubenbewegung einer Erzeugenden ABC, die über die Z-Achse des Laufrads verläuft und in einer zur genannten Achse senkrechten Ebene liegt, längs der Z-Achse und um sie herum gebildet. Diese Erzeugende ist in Fig. 3 in einem orthogonalen X-Y-Koordina-tensystem dargestellt. The working surface of the blades is formed by screwing a generatrix ABC, which runs over the Z-axis of the impeller and lies in a plane perpendicular to the said axis, along and around the Z-axis. This generatrix is shown in Fig. 3 in an orthogonal X-Y coordinate system.

Der Abschnitt AB der Erzeugenden ABC stellt einen Abschnitt einer Geraden dar, der mit dem Abschnitt BC einer Schleifenlinie im Punkt B gekoppelt ist, der einen Knotenpunkt dieser Schleifenlinie darstellt. Mit dem Ausdruck «gekoppelt ist» wird gemeint, dass der Neigungswinkel des Abschnittes AB im Punkt B dem Neigungswinkel der Tangente in bezug auf die Schleifenlinie in diesem Punkt gleich ist. Das andere Ende C des Abschnittes BC der Schleifenlinie befindet sich im Schnittpunkt der Schleifenlinie und der Kreislinie des Durchmessers D2 mit dem Zentrum im Punkt A. Der Punkt A stellt den Anfang der Erzeugenden dar und liegt auf der Z-Achse des Laufrads, die senkrecht zur Zeichnungsebene über den Punkt A verläuft. Der übrige Teil der Schleifenlinie ist in Fig. 3 durch eine punktierte Linie dargestellt. Wie bekannt, wird eine Schleifenlinie in einem Polarkoordinatensystem durch eine Gleichung The section AB of the generating ABC represents a section of a straight line which is coupled to the section BC of a loop line at point B, which represents a node of this loop line. The expression “coupled” means that the angle of inclination of the section AB at point B is the same as the angle of inclination of the tangent with respect to the loop line at this point. The other end C of section BC of the loop line is at the intersection of the loop line and the circular line of diameter D2 with the center at point A. Point A represents the beginning of the generatrix and lies on the Z axis of the impeller, which is perpendicular to Drawing plane runs over point A. The remaining part of the loop line is shown in Fig. 3 by a dotted line. As is known, a loop line in a polar coordinate system is represented by an equation

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

CH 675 751 A5 CH 675 751 A5

p = aV*2cös!~öC' (1) p = aV * 2cös! ~ öC '(1)

beschrieben, wobei p Radius-Vektor der Schleifenlinie; described, where p radius vector of the loop line;

a Abstand BF zwischen dem Brennpunkt F der Schleifenlinie und deren Knotenpunkt B, und a Polarwinkel des Radius-Vektors der Schleifenlinie bedeuten. a distance BF between the focal point F of the loop line and its node B, and a mean polar angle of the radius vector of the loop line.

Die Grösse «a» wird in Abhängigkeit von einem Wert des Austrittswinkels ß2 der Schaufeln und des Aussendurchmessers D2 des Laufrads gewählt. Je grösser der Durchmesser D2 und je kleiner der Winkel ß2 sind, desto grösser ist «a». Das C-Ende der Schleifenlinie entspricht einem a-Winkel von wenigstens h. The size “a” is selected as a function of a value of the exit angle β2 of the blades and the outside diameter D2 of the impeller. The larger the diameter D2 and the smaller the angle β2, the larger «a». The C-end of the loop line corresponds to an a-angle of at least h.

2 • 2 •

In Fig. 3 ist die Schleifenlinie in einem orthogonalen Koordinatensystem X'-Y' dargestellt, dessen Anfang mit dem Punkt B zusammenfällt. In Fig. 3 the loop line is shown in an orthogonal coordinate system X'-Y ', the beginning of which coincides with point B.

Es ist eine Variante möglich, bei deren die ganze Erzeugende einen Schleifenlinienabschnitt darstellt. In diesem Falle ist kein Abschnitt AB vorhanden, der Punkt B liegt in der Laufradachse und fällt mit dem Punkt A zusammen. A variant is possible in which the entire generatrix represents a loop line section. In this case there is no section AB, point B lies in the impeller axis and coincides with point A.

Wie bekannt, zeichnet sich eine Schleifenlinie dadurch aus, dass ein ausgedehnter, fast geradliniger Abschnitt vorhanden ist, der im Knotenpunkt beginnt. As is known, a loop line is characterized by the fact that there is an extensive, almost rectilinear section that begins at the node.

Wie die Schaufelarbeitsfläche gebildet ist, erläutern Fig. 2 und Fig. 4, worin durch punktierte Linien drei Stellungen A1B1C1; A2B2C2; A3B3C3 der Erzeugenden ABC während deren Schraubenbewegung gezeigt sind. In Fig. 2 fallen die Punkte Ai, A2 und A3 im Punkt A zusammen. FIG. 2 and FIG. 4 explain how the blade working surface is formed, wherein three positions A1B1C1; A2B2C2; A3B3C3 of the generating ABC are shown during their screw movement. In Fig. 2 the points Ai, A2 and A3 coincide in point A.

In der Stellung A1B1C1 (Fig. 4) wird die Eintrittskante 4 einer Schaufel 3 gebildet, deren Ränder durch die Innenflächen 1a und 2a der Tragscheibe 1 bzw. der Deckscheibe 2 begrenzt sind. In the position A1B1C1 (FIG. 4), the leading edge 4 of a blade 3 is formed, the edges of which are delimited by the inner surfaces 1a and 2a of the support disc 1 and the cover disc 2, respectively.

Bei der weiteren Bewegung der Erzeugenden längs der Laufradachse und um diese von den Eintrittskanten 4 weg zu den Austrittskanten 5 hin, d.h. in der Pfeilrichtung der Z-Achse (Fig. 1, 4) wird die Schaufeiarbeitsfläche durch jenen Abschnitt der Erzeugenden gebildet, der durch die Innenflächen 1a und 2a der Tragscheibe 1 und der Deckscheibe 2 begrenzt ist. Dabei befindet sich das Ende der Erzeugenden, das von der Z-Achse am weitesten entfernt ist (Punkt C in Fig. 3 bzw. Punkt Ci, C2, C3 in Fig. 2 und 4) auf der erwähnten zylindrischen Fläche mit dem Durchmesser D2. As the generators continue to move along the impeller axis and around it from the leading edges 4 towards the trailing edges 5, i.e. in the direction of the arrow of the Z-axis (FIGS. 1, 4), the work surface is formed by that portion of the generatrix which is delimited by the inner surfaces 1 a and 2 a of the support plate 1 and the cover plate 2. The end of the generatrix which is furthest away from the Z axis (point C in FIG. 3 or point Ci, C2, C3 in FIGS. 2 and 4) is located on the cylindrical surface with the diameter D2 mentioned.

Sobald das angegebene Ende der Erzeugenden an den von der Laufradachse entfernten Rand der Innenfläche 2a der Deckscheibe 2 (Fig. 1) gelangt, beginnt sich die Austrittskante 5 einer Schaufel zu bilden (s. auch Fig. 3). Die Austrittskante stellt eine Linie dar, worauf Schnittpunkte der sich bewegenden Erzeugenden mit der zylindrischen Räche des Durchmessers D2 liegen, deren Achse mit der Z-Achse des Laufrads zusammenfällt. Ein Winkel zwischen Geraden, die über die Austrittskante der Schaufel in einer zur Z-Achse des Laufrads senkrechten Ebene verlaufen (die eine Gerade verläuft tangential zur Schaufelfläche und die andere - tangential zur besagten zylindrischen Fläche mit dem Durchmesser D2), ist der Austrittswinkel ß2 der Schaufel. Da sich die Erzeugende immer in einer zur Z-Achse des Laufrads senkrechten Ebene befindet, hat der ß2-Winkel einen konstanten Wert auf der ganzen Länge der Austrittskante. As soon as the specified end of the generatrix reaches the edge of the inner surface 2a of the cover disk 2 (FIG. 1) remote from the impeller axis, the trailing edge 5 of a blade begins to form (see also FIG. 3). The trailing edge represents a line on which intersections of the moving generators lie with the cylindrical surface of diameter D2, the axis of which coincides with the Z-axis of the impeller. An angle between straight lines that run over the trailing edge of the blade in a plane perpendicular to the Z-axis of the impeller (one straight line is tangential to the blade surface and the other - tangential to said cylindrical surface with the diameter D2), the exit angle ß2 is the Shovel. Since the generatrix is always in a plane perpendicular to the Z axis of the impeller, the ß2 angle has a constant value along the entire length of the trailing edge.

Wie vorstehend erwähnt, stellt das Vorhandensein eines ausgedehnten, fast geradlinigen Abschnittes am Schleifenlinienanfang eine hohe Schaufelfestigkeit im axialen Laufradbereich sicher, der eine ebene, in der Radialrichtung verlaufende Versteifungsrippe darstellt (weil die Erzeugende über die Laufradachse verläuft). As mentioned above, the presence of an extended, almost rectilinear section at the beginning of the loop line ensures high blade strength in the axial impeller area, which is a flat, radial reinforcement rib (because the generatrix runs over the impeller axis).

Wie vorstehend auch erwähnt, weist ein Ende des Schleifenlinienabschnittes, der ein Teil der Erzeugenden ist, eine grosse Krümmung auf. Dadurch kann man einen Austrittswinkel ß2 unter 90° erzielen. Dies ist in bezug auf eine Wirkungsgradsteigerung wichtig, worüber nachstehend noch gesagt werden soll. As also mentioned above, one end of the loop line section, which is part of the generatrix, has a large curvature. As a result, an exit angle β2 below 90 ° can be achieved. This is important in terms of increasing efficiency, which will be discussed below.

Es ist auch zu bemerken, dass die Kopplung einer Schleifenlinie mit einem geraden Abschnitt in einem Knotenpunkt einen allmählichen Verlauf der Erzeugenden nicht stört. Dies ist dadurch bedingt, dass die Schleifenlinie im Knotenpunkt ebenso wie der Abschnitt einer Geraden eine Krümmung gleich Null hat. It should also be noted that the coupling of a loop line with a straight section in a node does not disturb a gradual course of the generators. This is due to the fact that the loop line in the node, like the section of a straight line, has a curvature of zero.

Damit günstigere Bedingungen zum Umströmen der Schaufelflächen durch den Gasstrom geschaffen werden, ist es zweckmässig, eine Schraubenbewegung der Erzeugenden längs der Laufradachse und um diese Achse derart zu gestalten, dass sich der Drehwinkel der Erzeugenden um die Z-Achse bei ihrer Schraubenbewegung proportional zum Tangens hyperbolions einer Zahl ändert, die zum Betrag der fortschreitenden Bewegung der Erzeugenden längs der Laufradachse proportional ist, d.h. In order to create more favorable conditions for the gas flow to flow around the blade surfaces, it is expedient to design a screw movement of the generators along the impeller axis and around this axis in such a way that the angle of rotation of the generators about the Z axis during their screw movement is proportional to the hyperbolions tangent changes a number that is proportional to the amount of progressive movement of the generatrix along the impeller axis, ie

<p = Ath [BZ] (2) <p = Ath [BZ] (2)

4 4th

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

CH 675 751 A5 CH 675 751 A5

wobei in which

9 Drehwinkel der Erzeugenden um die Laufradachse; 9 angle of rotation of the generators around the impeller axis;

Z Betrag der fortschreitenden Bewegung der Erzeugenden längs der Laufradachse; Z amount of the progressive movement of the generators along the impeller axis;

A und B Faktoren, die von einem Verhältnis der Laufraddimensionen, des Eintrittswinkels der Schaufel und des Neigungswinkels y (s. Fig. 4) der Austrittskante in einer Ebene abhängen, die senkrecht zur Laufradachse über einen Punkt verläuft, der von der Eintrittskante der Schaufel am weitesten entfernt ist, bedeuten. A and B factors that depend on a ratio of the impeller dimensions, the entry angle of the blade and the angle of inclination y (see FIG. 4) of the exit edge in a plane that is perpendicular to the impeller axis over a point that extends from the entry edge of the blade on furthest away mean.

Es ist zweckmässig, dass der Drehwinkel <p (Fig. 2) der Erzeugenden bei deren Schraubenbewegung von der Eintrittskante 4 der Schaufel bis zum Schnittpunkt der Austrittskante 5 mit dem von der Z-Achse am weitesten entfernten Rand der Innenfläche 1a der Tragscheibe 1 in einem Bereich von 10 bis 45° liegt. Diese Grenzwerte des tp-Winkels sind in Versuchen ermittelt und entsprechen der minimalen relativen Gasstromgeschwindigkeit am Einlauf des Schaufelgitters. Die minimale relative Gasstromgeschwindigkeit bedingt eine Verminderng der Reibungsverluste und folglich einen Anstieg des Wirkungsgrades. Bei einem <p-Winkel unter 10° nimmt die relative Gasstromgeschwindigkeit im Vergleich mit der minimalen infolge Steigerung der Absolutgeschwindigkeit wegen einer starken Verkleinerung des Einlaufquerschnittes des Laufrads zu. Bei einem <p-Winkel über 45° nimmt die relative Gasstromgeschwindigkeit infolge einer grossen Steigerung der Umfangsgeschwindigkeit auch stark zu. Ali dies bewirkt eine starke Verschlechterung des Wirkungsgrades ausserhalb des angegebenen cp-Winkelbereichs. It is expedient that the rotation angle <p (FIG. 2) of the generators during their screw movement from the leading edge 4 of the blade to the point of intersection of the trailing edge 5 with the edge of the inner surface 1a of the support disk 1 that is furthest from the Z axis Range is from 10 to 45 °. These limit values of the tp angle have been determined in experiments and correspond to the minimum relative gas flow velocity at the inlet of the vane grille. The minimum relative gas flow rate causes a reduction in friction losses and consequently an increase in efficiency. At a <p-angle below 10 °, the relative gas flow speed increases in comparison with the minimum due to an increase in the absolute speed due to a large reduction in the inlet cross section of the impeller. At a <p-angle above 45 °, the relative gas flow rate also increases sharply due to a large increase in the peripheral speed. Ali this causes a severe deterioration in the efficiency outside the specified cp angle range.

Das erfindungsgemässe Laufrad eines Kreiselverdichters funktioniert wie folgt: The impeller according to the invention of a centrifugal compressor works as follows:

Bei einem Gasanströmen an die Eintrittskanten 4 der Schaufeln 3 findet deren Wechselwirkung mit dem Gasstrom derart statt, dass eine auf Gas übertragene mechanische Energie des Laufradanriebs in eine Potentialenergie des Gasdrucks transformiert wird. When gas flows towards the leading edges 4 of the blades 3, their interaction with the gas flow takes place in such a way that a mechanical energy of the impeller drive transferred to gas is transformed into a potential energy of the gas pressure.

Gasstrom gelangt ins Schaufelgitter des Laufrads und umströmt die Schaufeleintrittskanten. Wenn man das Laufrad der erfindungsgemässen Bauart anwendet, kann man am Laufradeintritt einen Anströmwinkel nahe Null erhalten, d.h. ein schlagfreies Gasanströmen an die Eintrittskanten der Schaufeln erzielen und dadurch den Verdichterwirkungsgrad vergrössern. Gas flow enters the impeller blade grille and flows around the blade inlet edges. If the impeller of the type according to the invention is used, an inflow angle close to zero can be obtained at the impeller inlet, i.e. achieve an impact-free gas flow to the leading edges of the blades and thereby increase the compressor efficiency.

Es ist bekannt, dass ein Anströmwinkel i = ß-ßi, wobei ß-Winkel zwischen einem Vektor der relativen Gasstromgeschwindigkeit am Einlauf eines Schaufelgitters und einem Vektor der Schaufelumfangsgeschwindigkeit in einem Punkt auf der Schaufeleintrittskante bedeutet. Der ß-Winkel wird durch einen Wert der Umfangsgeschwindigkeit bestimmt, der vom Abstand dieses Punktes von der Laufradachse abhängt. Aus dem Geschwindigkeitsdreieck folgt, dass tgß zum erwähnten Abstand zwischen der Laufradachse und einem Punkt auf der Schaufeleintrittskante umgekehrt proportional ist. Unter dem ßi-Win-kel wird ein Winkel zwischen einem Vektor der Umfangsgeschwindigkeit in diesem Punkt auf der Schaufeleintrittskante und einer Tangente zur Schaufelfläche in diesem Punkt verstanden, die senkrecht zum Laufradradius verläuft. Es kann gezeigt werden, dass, falls die Erzeugende bei der Bildung der Arbeitsfläche einer Schaufel immer über die Laufradachse senkrecht zu dieser Achse verläuft, ändert sich tgßi auch umgekehrt proportional zum Abstand dieses Punktes auf der Schaufeleintrittskante von der Laufradachse. Durch Wahl der Drehzahl der die Schaufelfläche bildenden Erzeugenden nahe der Eintrittskante kann man eine Gleichheit der Winkel ß und ßi und folglich einen Anströmwinkel gleich Null auf der ganzen Länge der Schaufelëintrittskante sicherstellen. It is known that an incident angle means i = β-βi, where β-angle between a vector of the relative gas flow velocity at the inlet of a blade grille and a vector of the blade circumferential velocity means at a point on the blade leading edge. The ß angle is determined by a value of the peripheral speed, which depends on the distance of this point from the impeller axis. It follows from the speed triangle that tgß is inversely proportional to the distance mentioned between the impeller axis and a point on the blade leading edge. The β-angle is understood to mean an angle between a vector of the peripheral speed at this point on the blade leading edge and a tangent to the blade surface at this point, which is perpendicular to the impeller radius. It can be shown that if the generator always runs across the impeller axis perpendicular to this axis when forming the working surface of a blade, tgßi also changes inversely in proportion to the distance of this point on the blade leading edge from the impeller axis. By selecting the rotational speed of the generatrix forming the blade surface near the leading edge, it is possible to ensure that the angles .beta. And .beta. Are identical, and consequently a flow angle equal to zero over the entire length of the blade leading edge.

Wenn Gasstrom längs des Schaufelgitters durchläuft, findet eine stossfreie Umströmung der Arbeitsflächen der Schaufeln 3 durch Gasstrom statt. Dies wird durch eine allmähliche Krümmungsänderung der Erzeugenden bedingt, die einen Schleifenlinienabschnitt bzw. eine Kombination eines solchen Abschnittes mit einem geraden Abschnitt darstellt, der mit der Schleifenlinie allmählich gekoppelt ist, wie es vorstehend angegeben ist. Der Gasstrom entströmt dem Schaufelgitter tangential zur Schaufelfläche. Da der Austrittswinkel ß2 der Schaufeln unter 90° gehalten wird, wird die Verdichterleistung beim maximalen Wirkungsgrad jene Leistung bedeutend überschreiten, bei der ein Pumpen beginnt. Dadurch kann man dieses Laufrad in einem weiten Bereich der Leistungsänderung in stationären Kreiselverdichtern einsetzen. When gas flow passes along the vane grille, gas flow flows smoothly around the working surfaces of the vanes 3. This is due to a gradual change in curvature of the generatrix, which represents a loop line section or a combination of such a section with a straight section which is gradually coupled to the loop line, as stated above. The gas flow flows out of the blade grid tangentially to the blade surface. Since the discharge angle ß2 of the blades is kept below 90 °, the compressor output at maximum efficiency will significantly exceed the output at which pumping begins. This means that this impeller can be used in a wide range of power changes in stationary centrifugal compressors.

Die vorteilhaftesten Bedingungen zum Gasstromdurchlaufen längs der Schaufelflächen werden dann gewährleistet, wenn der Drehwinkel der Erzeugenden in Übereinstimmung mit dem vorstehend angegebenen Ausdruck (2) geändert wird. Der in diesem Ausdruck enthaltene Tangens hyperbolicus stellt eine Funktion dar, die sich am Anfangsabschnitt nach einem annähernd linearen Gesetz ändert, d.h. an diesem Abschnitt die Drehzahl der Erzeugenden um die Laufradachse konstant ist. Dadurch wird ein gleich-mässiger Anstieg des Druckgradienten im Gasstrom bedingt, der die Schaufeln im axialen Laufradbereich umströmt. Wie man in Versuchen festgestellt hat, macht ein gleichmässiger Anstieg des Druckgradienten bei Gasbewegung in der Axialrichtung die Möglichkeit einer Gasstromablösung von der Schaufelfläche minimal, wodurch der Wirkungsgrad gesteigert wird. Des weiteren weicht die Funktion des Tangens hyperboliens von der geradlinigen Abhängigkeit ab und nähert sich dann asymptotisch einem konstanten Wert. Diesem Umstand entspricht eine kleine Drehzahl der Erzeugenden um die Laufradachse bei deren Annäherung der Schaufelaustrittskante. Infolgedessen wird die Schaufelfläche im radialen Laufradbereich die Innenfläche 1a der Tragscheibe unter einem Winkel nahe 90° kreuzen, wodurch eine Gasstromreibung mit der Schaufel vermindert und der Wirkungsgrad gesteigert wird. Auf diese Weise bringt die Bewegung der Erzeugenden nach dem angegebenen Gesetz noch günstigere Be5 The most advantageous conditions for passing gas flow along the blade surfaces are ensured if the angle of rotation of the generatrix is changed in accordance with the expression (2) given above. The hyperbolic tangent contained in this expression represents a function that changes at the beginning according to an approximately linear law, i.e. at this section the speed of the generators around the impeller axis is constant. This causes a steady increase in the pressure gradient in the gas flow that flows around the blades in the axial impeller area. As has been found in tests, a uniform increase in the pressure gradient when the gas moves in the axial direction minimizes the possibility of gas flow separation from the blade surface, which increases the efficiency. Furthermore, the function of the hyperbolene tangent deviates from the linear dependency and then asymptotically approaches a constant value. This fact corresponds to a low speed of the generators around the impeller axis as they approach the blade leading edge. As a result, the blade surface in the radial impeller region will cross the inner surface 1a of the support disk at an angle close to 90 °, as a result of which gas flow friction with the blade is reduced and the efficiency is increased. In this way, the movement of the generators according to the specified law brings even more favorable Be5

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

CH 675 751 A5 CH 675 751 A5

dingungen zum Gasstromdurchlaufen über die Schaufelfläche und eine zusätzliche Wirkungsgradsteigerung mit sich. conditions for gas flow passing through the blade surface and an additional increase in efficiency.

Das erfindungsgemässe Laufrad kann man entweder nach den bekannten Präzisionsgussverfahren oder durch spanlose Formung von Schaufeln und deren nachfolgendes Anschweissen an Trag- und Deckscheiben herstellen. The impeller according to the invention can be produced either by the known precision casting process or by chipless shaping of blades and their subsequent welding to support and cover disks.

Claims

1. impeller of a centrifugal compressor with a support disc (1) and blades (3) arranged thereon, the inlet edges (4) of which are in a plane perpendicular to the axis (Z) of the impeller and the outlet edges (5) of which lie on a cylinder surface Axis coincides with the axis (Z) of the impeller, the working surface of each blade being formed by screw movement of a generatrix (ABC) along the axis (Z) and about this axis, characterized in that the beginning (A) of the generatrix (ABC) lies on the impeller axis (Z) and at least some of the generators form a section (BC) of a loop line whose end facing the impeller axis (Z) represents a node (B) of the loop line.

2. Impeller according to claim 1r, characterized in that the other part of the generator (ABC), between the beginning (A) and the node (B) forms a section (AB) of a straight line, which in the node (B) with the section ( BC) the loop line is coupled.

3. Impeller according to claim 1 or 2, characterized in that during a screw movement of the generators (ABC) whose angle of rotation about the impeller axis (Z) changes in proportion to the tangent hy-perbolicus of a number that corresponds to the amount of the progressive movement of the generators (ABC ) along the impeller axis (Z) is proportional.

4. Impeller according to one of the preceding claims, characterized in that the angle of rotation of the generators (ABC) during their screw movement from the leading edge (4) of a blade (3) to a point on the surface of the blade (3) which of the Leading edge (4) in the direction of the impeller axis (Z) is furthest away, lies in a range between 10 and 45 °.

6