CH697101A5

CH697101A5 - Verfahren zur Unterdrückung der Strömungsinstabilität und rotierender Ablösung in Strömungsmaschinen.

Info

Publication number: CH697101A5
Application number: CH00137/04A
Authority: CH
Inventors: Zhengji Zhang
Original assignee: Zhengji Zhang
Priority date: 2004-01-31
Filing date: 2004-01-31
Publication date: 2008-04-30

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung der Strömungsinstabilität und rotierender Ablösungen in Strömungsmaschinen mit einem Leckstrom.

[0002] In der an sich bekannten Fig. 1a ist die Betriebskennlinie C einer Strömungsmaschine (Turbomaschine, Kreiselpumpe oder Kompressor) schematisch dargestellt, wobei der Druck p gegenüber dem Volumenstrom v aufgetragen ist. Der normale Betriebsbereich ist durch B gekennzeichnet. Die untere Betriebsgrenze vs derartiger Strömungsmaschine ist dadurch festgelegt, dass unterhalb dieses Grenzwertes (im Bereich A) Strömungsinstabilitäten und rotierende Ablösungen (englisch rotating stall) im Laufrad auftreten.

Nach der neusten Theorie, die bereits durch Experiment exakt bestätigt wurde, liegt die Ursache für die Entstehung von solchen störenden Phänomenen grundsätzlich in der Strömungsablösung am Laufradeintritt 6 (Fig. 1b) bei unterschrittener Betriebsgrenze vs (Fig. 1a). Eine geeignete und zielgerichtete Beeinflussung des Strömungszustandes am Laufradeintritt 6 dürfte das Betriebsverhalten von Maschinen verbessern.

[0003] Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, den Strömungszustand am Laufradeintritt einer Strömungsmaschine zu beeinflussen und den Leckstrom auszunutzen, der vom Hochdruckgebiet am Laufradaustritt durch den Spalt zwischen Laufrad und Gehäuse wieder zum Niederdruckgebiet am Laufradeintritt fliesst.

Der Leckstrom wird auch als Spaltstrom oder Leckagen bezeichnet.

[0004] Im Beispiel in Fig. 2 ist eine Erstreckungslänge L am Laufrad 4 gemäss Fig. 1b auf Null reduziert worden. Damit kann die frühzeitige Bildung von Strömungsrotationen, welche die Strömungsablösungen hervorrufen werden, verhindert und die Betriebsgrenze vs (Fig. 1a) nach unten verschoben werden. Die Wirkung ist verhältnismässig gering, weil die Erstreckung L normalerweise schon ziemlich kurz ist.

Das Verfahren mit der Verkürzung der Erstreckung L beim Laufrad 4 zeigt jedoch die Tendenz zur Verbesserung des Strömungsverhaltes am Laufradeintritt.

[0005] Der Leckstrom (Leckage) 3 in der Strömungsmaschine 7, nach einer bekannten Ausführungsform gemäss Fig. 1b, entsteht am Laufradaustritt und strömt durch den Spalt 2 zwischen Saugstutzen (Eintrittsstutzen) 1 und Laufrad 4 senkrecht in die Rohrströmung 8. Dieser Leckstrom verhält sich gegenüber der Hauptströmung lediglich wie eine vernachlässigbare Störung. Diese Störung kann in der Praxis zugelassen werden.

[0006] Die Aufgabe der Beeinflussung des Strömungszustandes am Laufradeintritt einer Strömungsmaschine wird erfindungsgemäss nach dem Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen, welche auch Gegenstand von abhängigen Ansprüchen sind, näher erläutert.

[0007] Fig. 3 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Strömungsmaschine 7 zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit dem Leckstrom 3. Nicht wie in Fig. 1b und 2 wird der Leckstrom 3 senkrecht, sondern immer schräg in die Rohrströmung 8 eingeleitet. Vorzugsweise wird der Leckstrom 3 durch den schrägen Spalt 2 geführt, welcher die gerade oder gekrümmte Form mit konstanter oder variierender Spaltbreite haben kann. Der Ablenkungswinkel des schrägen Spaltes beträgt bevorzugt mindestens 35 , in der Praxis liegt er meist bei 40 -85 , insbesondere 45 -80 .

[0008] Die Bedeutung derartiger Ablenkungen des Leckstromes 3 liegt nicht nur in der Beseitigung der Störung aus dem Leckstrom.

Weil der Leckstrom 3 direkt aus dem Laufradaustritt kommt und somit über eine sehr hohe Energie verfügt, lassen sich insbesondere die Ablösung bzw. Ablösezellen 5 am Laufradeintritt 6, welche die Ursache für die Instabilität und die rotierenden Ablösungen darstellen, durch den abgelenkten Leckstrom 3 wirksam beseitigen. Das gesamte Strömungsverhalten der Strömungsmaschine 7 ist deutlich verbessert. Konkret heisst dies, dass die untere Betriebsgrenze vs (Fig. 1a) der Maschine deutlich weiter nach unten verschoben werden kann als gemäss Fig. 1b und 2.

Claims

1. Verfahren zur Unterdrückung der Strömungsinstabilität und rotierender Ablösungen in radialen, diagonalen oder axialen Strömungsmaschinen (7), insbesondere Turbomaschinen, Kreiselpumpen oder Kompressoren mit einem Leckstrom (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Leckstrom (3) durch einen schrägen Spalt (2) zwischen einem Saugstutzen (1) und einem Laufrad (4) in Richtung des Laufrades (4) abgelenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckstrom (3) durch den schrägen Spalt (2) in gerader oder gekrümmter Form geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckstrom (3) durch den schrägen Spalt (2) mit einer konstanten oder variierenden Spaltbreite geführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckstrom (3) in einem Ablenkungswinkel ( ) von mindestens 35 , jedoch <= 90 , durch den schrägen Spalt (2) geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckstrom (3) in einem Ablenkungswinkel ( ) von 40 -85 , vorzugsweise 45 -80 , durch den schrägen Spalt geführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckstrom (3) Ablösezellen (5) beseitigt.