CH680010A5

CH680010A5 -

Info

Publication number: CH680010A5
Application number: CH2698/89A
Authority: CH
Inventors: Libero Portaleoni; Michael Dr Casey
Original assignee: Escher Wyss Ag
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1992-05-29
Also published as: DE3926152C2; JPH0826879B2; JPH0354399A; DE3926152A1

Description

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CH 680 010 A5 CH 680 010 A5

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft einen Radialkompressor mit einem radial durchströmten Laufrad und einem ringförmigen, das Laufrad peripher umgebenden stationären Diffusor mit Leitschaufeln und einem die Leitschaufeln umgebenden Umlenkraum zur Lenkung der aus dem Diffusor austretenden Strömung zu mindestens einem Strömungsaustritt. The invention relates to a radial compressor with a radially flowed impeller and an annular stationary diffuser surrounding the impeller with guide vanes and a deflection space surrounding the guide vanes for directing the flow emerging from the diffuser to at least one flow outlet.

Solche Radialkompressoren sind beispielsweise aus der CH 663 447 bekannt. Dabei dienen der das Laufrad umgebende Diffusor und dessen Leitschaufeln zur Umwandlung der Strömungsenergie am peripheren Austritt des Laufrades in Druck mit möglichst geringem Verlust. Bei diesen vorbekannten Radialkompressoren sind die Leitschaufeln des Diffusore etwa in Achsenrichtung des Laufrades, jedoch geneigt zur Radialrichtung orientiert. Dabei nimmt die Neigung dieser Leitschaufeln von der Innenzone am Austritt des Laufrades zur Aussenzo-ne hin ständig zu, so dass die aus dem Laufrad am Aussenrand mit radialer Komponente austretende Strömung eine zunehmende periphere Komponente, d.h. einen zunehmenden Drall erhält und tangential in den aussen an die Leitschaufeln anschliessenden Umlenkraum geführt wird. Dieser Umlenkraum ist entsprechend spiralförmig und sich in Strömungsrichtung ständig erweiternd gestaltet und weist einen tangential orientierten Strömungsaustritt auf. Such radial compressors are known for example from CH 663 447. The diffuser surrounding the impeller and its guide vanes serve to convert the flow energy at the peripheral outlet of the impeller into pressure with as little loss as possible. In these known radial compressors, the guide vanes of the diffuser are oriented approximately in the axial direction of the impeller, but inclined to the radial direction. The inclination of these guide vanes increases continuously from the inner zone at the outlet of the impeller to the outer zone, so that the flow emerging from the impeller at the outer edge with a radial component is an increasing peripheral component, i.e. receives an increasing swirl and is guided tangentially into the deflection space adjoining the outside of the guide vanes. This deflection space is correspondingly spiral-shaped and continuously widening in the flow direction and has a tangentially oriented flow outlet.

Nachteilig ist hierbei zunächst, dass infolge der tangentialen Anordnung des Strömungsaustritts ein bei grossen Maschinen erhebliches Drehmoment, verursacht durch Stutzenkräfte auftreten kann, welches auf das Fundament und auf andere mit dem Kompressor verbundene Anlagenteile infolge Hebelwirkung eine störende unsymmetrische Beanspruchung ausübt. Insbesondere ist es jedoch nachteilig, dass ein langer, sich allmählich verbreiternder Austrittsstutzen an der Austrittsspirale vorgesehen sein muss, um eine genügende Verzögerung zum Druckgewinn und damit eine hinreichende Energierückgewinnung zu erhalten, was die Baulänge vergrössert. Vor allem aber wird bei diesen vorbekannten Diffusoren mit spiralförmigem Umlenkraum lediglich die tangentiale Strömungskomponente in der Spirale gesammelt und der Energierückgewinnung zugeführt, während die radiale Komponente lediglich zur Verwirbelung und Drallerzeugung führt und dessen Energie damit verlorengeht. The disadvantage here is first of all that due to the tangential arrangement of the flow outlet, a considerable torque can occur in large machines, caused by nozzle forces, which exerts a disturbing asymmetrical load on the foundation and on other system parts connected to the compressor as a result of leverage. In particular, however, it is disadvantageous that a long, gradually widening outlet nozzle has to be provided on the outlet spiral in order to obtain a sufficient delay in the pressure gain and thus an adequate energy recovery, which increases the overall length. Above all, however, in these known diffusers with a spiral deflection space, only the tangential flow component is collected in the spiral and fed to energy recovery, while the radial component only leads to swirling and swirl generation and its energy is thus lost.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die genannten Nachteile vorbekannter Radialkompressoren zu vermeiden und insbesondere bei Radialkompressoren der eingangs genannten Art störende Drehmomente im Betrieb zu vermeiden und die Energierückgewinnung aus der Strömung zu verbessern. The invention sets itself the task of avoiding the disadvantages of previously known radial compressors and, in particular in the case of radial compressors of the type mentioned at the outset, of avoiding disruptive torques during operation and of improving the energy recovery from the flow.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Leitschaufeln des Diffusore in einer inneren, an das Laufrad anschliessenden Zone gegen die Radialrichtung geneigt sind, dass die Leitschaufeln in einer aussen anschliessenden Zone eine abnehmende Neigung gegen die Radialrichtung aufweisen und am Aussenumfang wenigstens angenähert in Radialrichtung orientiert sind, dass der According to the invention, this object is achieved in that the guide vanes of the diffuser are inclined against the radial direction in an inner zone adjoining the impeller, that the guide vanes in a zone adjoining on the outside have a decreasing inclination against the radial direction and are oriented at least approximately in the radial direction on the outer circumference are that the

Umlenkraum angenähert spiegelsymmetrisch bezüglich einer die Laufradachse enthaltenden Ebene ausgebildet ist und dass der Strömungsaustritt aus dem Umlenkraum in Radialrichtung senkrecht zur Laufradachse orientiert ist. Deflection space is approximately mirror-symmetrical with respect to a plane containing the impeller axis and that the flow exit from the deflection space is oriented in the radial direction perpendicular to the impeller axis.

Bei einer solchen Anordnung wird ausgenützt, dass die Strömung am Aussenrand des Diffusore vorzugsweise radial verläuft und die Verzögerung der radialen Strömung bereits in dem die Leitschaufeln des Diffusore umgebenden Umlenkraum stattfindet. Da hierbei nahezu keine tangentiale Strömungskomponente auftritt, wird nahezu die gesamte Strömungsenergie zur Energierückgewinnung genutzt. Daher ist kein verlängerter Austrittsstutzen zur Verzögerung erforderlich. Da ausserdem der Strömungsaustritt rein radial orientiert ist, anstatt tangential, wird ein Drehmoment im Betrieb von vornherein vermieden. Such an arrangement takes advantage of the fact that the flow at the outer edge of the diffuser is preferably radial and the deceleration of the radial flow already takes place in the deflection space surrounding the guide vanes of the diffuser. Since almost no tangential flow component occurs here, almost the entire flow energy is used for energy recovery. Therefore, an extended outlet nozzle is not required for delay. In addition, since the flow outlet is oriented purely radially instead of tangentially, torque is avoided from the outset during operation.

Die Erfindung wird anhand der in den beiliegenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail using the exemplary embodiments illustrated in the accompanying figures. Show it:

Fig. 1 einen Radialkompressor im Axialschnitt und Fig. 1 shows a radial compressor in axial section and

Fig. 2 einen Schnitt in einer Ebene senkrecht zur Laufradachse durch den Diffusor und Umlenkraum. Fig. 2 shows a section in a plane perpendicular to the impeller axis through the diffuser and deflection space.

Bei dem in den Figuren in zwei zueinander senkrechten Schnittebenen dargestellten Radialkompressor läuft in einem Gehäuse 1 ein Laufrad 2 um, dessen Welle von einem Motor 3 angetrieben wird und dessen Laufschaufeln 4 ein durch den Eintritt 5 axial eintretendes, zu komprimierendes Gas in Radialrichtung R nach aussen beschleunigen. In the radial compressor shown in the figures in two mutually perpendicular sectional planes, an impeller 2 rotates in a housing 1, the shaft of which is driven by a motor 3 and the blades 4 of which are a gas to be compressed axially entering through the inlet 5 in the radial direction R to the outside accelerate.

Das Laufrad ist an seinem Aussenrand von einem Diffusor 6 umgeben, welcher zwei zur Achse A des Laufrades senkrechte Platten 7 und 8 aufweist, zwischen denen eine Anzahl von parallel zur Achsenrichtung A orientierte Leitschaufeln 9, 10 angeordnet sind. Diese Leitschaufeln sind in ihrem inneren Teil 9, in einer an den Aussenkranz des Laufrades 2 bzw. der Laufschaufeln 4 anschliessenden Zone Zi zur Radialrichtung R geneigt, und zwar etwa entsprechend der Richtung der aus dem Laufrad austretenden Strömung. Dagegen ist der äussere Teil 10 der Leitschaufeln in der sich aussen anschliessenden Zone Za des Diffusore so gestaltet, dass die Neigung der Leitschaufeln 10 gegen die Radialrichtung R nach aussen allmählich abnimmt und am Aussenrand 11 des Diffusore wenigstens angenähert Null ist, d.h., dass die äusseren Enden der Laufschaufeln 10 praktisch in Radialrichtung R orientiert sind. Damit wird erreicht, dass die aus dem Diffusor am äusseren Rand 11 austretende Strömung über den gesamten Umfang angenähert radial gerichtet ist, ohne wesentliche tangentiale Komponente. The outer edge of the impeller is surrounded by a diffuser 6, which has two plates 7 and 8 perpendicular to the axis A of the impeller, between which a number of guide vanes 9, 10 oriented parallel to the axis direction A are arranged. These guide vanes are inclined to the radial direction R in their inner part 9, in a zone Zi adjoining the outer rim of the impeller 2 or the rotor blades 4, approximately in accordance with the direction of the flow emerging from the impeller. In contrast, the outer part 10 of the guide vanes in the adjoining zone Za of the diffuser is designed in such a way that the inclination of the guide vanes 10 towards the radial direction R gradually decreases towards the outside and is at least approximately zero on the outer edge 11 of the diffuser, that is to say that the outer Ends of the blades 10 are practically oriented in the radial direction R. It is thereby achieved that the flow emerging from the diffuser on the outer edge 11 is approximately radially directed over the entire circumference, without an essential tangential component.

Der Diffusor 6 ist aussen von einem vorzugsweise torusförmigen oder zylinderringförmigen Umlenkraum 12 umgeben, in den das durch das Laufrad beschleunigte und durch die Leitschaufeln 9 und 10 in ihrer Richtung gelenkte Gas einströmt und sich bei der Radialbewegung nach aussen verzögert. Der Umlenkraum 12 ist bezüglich einer die Laufradachse A enthaltenden Ebene R' angenähert spie5 The diffuser 6 is surrounded on the outside by a preferably toroidal or cylindrical ring-shaped deflection space 12, into which the gas accelerated by the impeller and directed in its direction by the guide vanes 9 and 10 flows and is decelerated outward during the radial movement. The deflection space 12 is approximately mirrored with respect to a plane R 'containing the impeller axis A.

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gelsymmetrisch ausgebildet. An einer Seite des Gehäuses mündet der Umlenkraum 12 in einen oder mehrere Strömungsaustritte 13, welche rein radial orientiert sind. Diese Anordnung bewirkt, dass das radial in den Umlenkraum 12 einströmende Gas nach weitgehender Verzögerung an beiden Seiten symmetrisch zueinander entlang den Wänden des ringförmigen Umlenkraumes 12 in Richtung zum Strömungsaustritt 13 gelenkt wird. Zur Trennung der Strömungen beidseits der Symmetrieebene können im Umlenkraum 12 flügelartige Wände 14 vorgesehen sein, welche sich in der Symmetrieebene in Richtung zum Strömungsaustritt 13 und in Gegenrichtung erstrecken. Gegebenenfalls kann auf diese Flügel jedoch auch verzichtet werden. gel-symmetrical. On one side of the housing, the deflection space 12 opens into one or more flow outlets 13, which are oriented purely radially. This arrangement has the effect that the gas flowing radially into the deflection space 12 is directed symmetrically to one another on both sides along the walls of the annular deflection space 12 towards the flow outlet 13 after extensive deceleration. To separate the flows on both sides of the plane of symmetry, wing-like walls 14 can be provided in the deflection space 12, which extend in the plane of symmetry in the direction of the flow outlet 13 and in the opposite direction. If necessary, these wings can also be dispensed with.

Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, dass die Strömung aus dem Diffusor im wesentlichen ohne tangentiale Komponente austritt, dass die vorzugsweise radial gerichtete Strömung unmittelbar nach dem Diffusor im Umlenkraum umgelenkt und verzögert wird und dass das sich bereits langsam bewegende Gas in einer symmetrischen Strömung zu einem rein radial orientierten Strömungsaustritt fliesst. Dies hat zur Folge, dass die Energierückgewinnung aus der Strömung markant verbessert ist, da praktisch kaum Strömungsanteile als Wirbelverluste verlorengehen. Die Verzögerung und Sammlung des ausströmenden Gases erfolgt auf möglichst kurzem Wege, so dass kein verlängerter Austrittsstutzen erforderlich ist. Zudem werden durch die symmetrische Strömung und den radial orientierten Strömungsaustritt Drehmomente im Betrieb von vornherein vermieden. The arrangement described ensures that the flow exits the diffuser essentially without a tangential component, that the preferably radially directed flow is deflected and decelerated in the deflection space immediately after the diffuser, and that the gas, which is already moving slowly, flows in a symmetrical flow into one purely radially oriented flow outlet flows. The consequence of this is that the energy recovery from the flow is markedly improved, since practically hardly any flow components are lost as eddy losses. The gas that escapes is delayed and collected in the shortest possible way, so that no extended outlet connection is required. In addition, the symmetrical flow and the radially oriented flow outlet prevent torques during operation from the outset.

Zur Erreichung einer optimalen Energierückgewinnung hat es sich als zweckmässig erwiesen, die Abmessungen der inneren und der äusseren Leitschaufelzone 9 bzw. 10 des Diffusore so zu wählen, dass der Aussendurchmesser Di der inneren Zone etwa das 1,3- bis 1,7fache des Laufraddurchmessers Dr, der Aussendurchmesser Da der äusseren Zone 10 etwa das 1,7- bis 2,5fache des Laufraddurchmessers Dr, und der Aussendurchmesser De des Umlenkraumes etwa das 2,3- bis 3fache des Laufraddurchmessers Dr beträgt. To achieve optimal energy recovery, it has proven to be expedient to choose the dimensions of the inner and outer guide vane zones 9 and 10 of the diffuser such that the outer diameter Di of the inner zone is approximately 1.3 to 1.7 times the impeller diameter Dr , the outer diameter since the outer zone 10 is approximately 1.7 to 2.5 times the impeller diameter Dr, and the outer diameter De of the deflection space is approximately 2.3 to 3 times the impeller diameter Dr.

Die inneren Leitschaufeln 9 und die äusseren Leitschaufeln 10 können als voneinander getrennte Schaufelreihen ausgeführt sein. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenigstens einen Teil der äusseren Schaufeln 10 mit entsprechenden inneren Schaufeln 9 in einem Stück auszuführen. Die Anzahl der äusseren Schaufeln kann von der der inneren Schaufein verschieden sein, z.B. in der Aus-senzone Za grösser als in der Innenzone Zi. Vorteilhaft ist es, wie in Fig. 2 gezeigt, wenn ein Teil der Leitschaufeln einstückig die innere Zone Di und äussere Zone Da durchsetzt, wobei sich in der äusseren Zone Da zwischen diesen langen Leitschaufeln 10 kürzere Leitschaufeln 10' befinden. The inner guide blades 9 and the outer guide blades 10 can be designed as separate rows of blades. However, it can also be advantageous to design at least a part of the outer blades 10 with corresponding inner blades 9 in one piece. The number of outer blades may differ from that of the inner blades, e.g. in the outer zone Za larger than in the inner zone Zi.As shown in FIG. 2, it is advantageous if part of the guide vanes integrally penetrates the inner zone Di and outer zone Da, with the outer zone Da between these long ones Guide blades 10 are shorter guide blades 10 '.

Um eine optimale Strömungsverzögerung und Energierückgewinnung zu erreichen, ist die Breite B des Umlenkraumes 12 in Achsenrichtung grösser als die Breite b des Diffusore 6. In order to achieve optimal flow deceleration and energy recovery, the width B of the deflection space 12 in the axial direction is greater than the width b of the diffuser 6.

Claims

1. Radial compressor with a radially flowed impeller (4) and an annular, the impeller (4) peripherally surrounding stationary diffuser (6) with guide vanes (9, 10) and at least one deflecting space surrounding the guide vanes (12) for guiding the diffuser (6) emerging flow to a flow outlet (13), characterized in that the guide vanes (9) of the diffuser (6) in an inner zone (Zi) adjoining the impeller (2) are inclined against the radial direction (R), that the guide vanes (10, 10 ') have a decreasing inclination towards the radial direction (R) in an adjoining zone (Za) and are oriented at least approximately in the radial direction (R) on the outer circumference (11) such that the deflection space (12) is approximately mirror-symmetrical with respect to a plane (R ') containing the impeller axis (A) and that the flow outlet (13) from the deflection space (12) is oriented in the radial direction (R) perpendicular to the impeller axis.

2. Compressor according to claim 1, characterized in that at least part of the guide vanes (10) of the outer zone (Za) of the diffuser (6) with corresponding guide vanes (9) of the inner zone (Zi) is integrally formed.

3. Compressor according to claim 2, characterized in that between the integrally formed guide vanes (9, 10) further guide vanes (10 ') are arranged, which extend only in the outer zone (Za) of the diffuser (6).

4. Compressor according to one of claims 1-3, characterized in that the outer diameter (Di) of the inner guide vane zone (Zi) is 1.3 to 1.7 times the impeller diameter (Dr).

5. Compressor according to one of claims 1-4, characterized in that the outer diameter (Da) of the outer guide vane zone (Zo) is 1.7 to 2.5 times the impeller diameter (Dr).

6. Compressor according to one of claims 1-5, characterized in that the outer diameter (De) of the deflection space (12) is 2.3 to 3 times the impeller diameter (Dr).

7. Compressor according to one of claims 1-6, characterized in that the deflection space (12) by wings (14) arranged in the plane of symmetry (R ') is divided into two separate, mirror-symmetrical halves, one wing (14) in the direction to the flow outlet (13) and the other wing (14 ') in the opposite direction.

8. Compressor according to one of claims 1-7, characterized in that the width (B) of the deflection space (12) in the axial direction is greater than the width (b) of the diffuser (6).

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