Laufrad für Radialverdichter Die Erfindung betrifft ein Laufrad für
Radialverdichter mit einer Austrittsleitvorrichtung, die besonders in der Ausbildung
als beschaufeltes Leitrad eine Hauptverlustquelle solcher Verdichter darstellt.
Die bekannten Vorschläge suchen solche Verluste in der Hauptsache durch geeignete
konstruktive Gestaltung des Leitrades zu vermeiden, beispielsweise durch Verringerung
der Anzahl der Leitkanäle, um die Wandreibungsverluste möglichst niedrig zu halten,
oder durch kreisförmige oder andere Leitkanalquerschnitte, durch geraden Kanalverlauf
oder Ableitung des verdichteten Arbeitsmediums in mehreren Austrittsstutzen, um
dadurch besonders günstige Strömungsverhältnisse zu schaffen. Alle diese Vorschläge
befassen sich aber nur mit der Gestaltung des Leitrades.Impeller for centrifugal compressor The invention relates to an impeller for
Centrifugal compressor with an outlet guiding device, which is particularly in the training
as a bladed stator is a main source of loss of such compressors.
The known proposals seek such losses mainly through suitable ones
to avoid structural design of the stator, for example by reducing it
the number of ducts in order to keep wall friction losses as low as possible,
or through circular or other duct cross-sections, through straight ducts
or discharge of the compressed working medium in several outlet nozzles in order to
thereby creating particularly favorable flow conditions. All of these suggestions
but only deal with the design of the guide wheel.
Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß selbst
bei Auslegung der Beschaufelung für stoßfreien Eintritt immer noch erhebliche Verluste
durch Ablösung der Strömung von den Seitenwänden der Kanäle eintreten können. Wandablösungen
treten bekanntlich immer dann auf, wenn der Energieinhalt des Strömungsmittels an
den Kanalwänden im Vergleich zur Kanalmitte zu gering ist. Man könnte nun einen
Ausgleich des Energieinhaltes über dem Querschnitt des Leitkanals dadurch erreichen,
daß man das Strömungsmittel mit entsprechend größerem Energieinhalt in den Wandzonen
aus dem Laufrad in die Leitvorrichtung überführt. Bei einem bekannten Schleuderverdichter
wird z. B. ein über der Laufradaustrittsöffnung gleicher Energieinhalt dadurch erreicht,
daß man die Schaufeln im wandnahen Bereich verlängert bzw. hier mit einem größeren
Außendurchmesser ausbildet. Im vorliegenden Falle müßte also der Energieinhalt in
den Wandzonen so weit über denjenigen in Kanalmitte erhöht werden, daß die Wandreibungsverluste
in der Leitvorrichtung ausgeglichen werden. Eine solche Energieverteilung am Ausgang
der Laufradkanäle wird aber durch »Abschwimmen« von energiereicherem Strömungsmittel
zur Kanalmitte erschwert oder sogar verunmöglicht.The present invention is based on the knowledge that even
if the blades are designed for bumpless entry there are still considerable losses
can occur by detachment of the flow from the side walls of the channels. Wall detachments
It is known that they always occur when the energy content of the fluid occurs
the duct walls is too small compared to the duct center. One could now
Achieve equalization of the energy content over the cross-section of the guide channel by
that the fluid has a correspondingly greater energy content in the wall zones
transferred from the impeller into the guide device. In a known centrifugal compressor
is z. B. an energy content equal to the impeller outlet opening is achieved by
that the blades are lengthened in the area close to the wall or here with a larger one
Forms outer diameter. In the present case, the energy content should be in
the wall zones are increased so far above that in the middle of the duct that the wall friction losses
be compensated in the guide device. Such an energy distribution at the exit
the impeller channels are, however, “floating away” from the more energetic fluid
towards the center of the canal made difficult or even impossible.
Erfindungsgemäß wird zur Verhinderung des Abschwimmens von höher verdichtetem
Strömungsmittel aus den Randzonen solcher Laufräder vorgeschlagen, entweder die
Laufschaufeln des Laufrades in an sich bekannter Weise mit einer derartigen Querschnittskrümmung
zu versehen, daß ihr in Kanalmitte gelegener Teil den wandnahen Teilen vorauseilt,
oder bei ebenem Schaufelquerschnitt an den Übergangsstellen zu größerem Schaufeldurchmesser
in Querebenen koaxial liegende, ringförmige Begrenzungswände anzuordnen. Die als
Leitringe ausgebildeten ringförmigen Begrenzungswände werden zweckmäßig für geringsten
Strömungswiderstand profiliert. Ferner kann die Verhinderung des Abschwimmens dadurch
unterstützt werden, daß die Laufschaufeln in an sich bekannter Weise entgegen der
Drehrichtung des Laufrades schräg gestellt werden.According to the invention, to prevent the floating of more highly compressed
Fluid from the edge zones of such impellers suggested either the
Blades of the impeller in a manner known per se with such a cross-sectional curvature
to ensure that its part located in the middle of the duct runs ahead of the parts near the wall,
or with a flat blade cross-section at the transition points to a larger blade diameter
to arrange coaxially lying, annular boundary walls in transverse planes. As
Guide rings formed annular boundary walls are useful for the least
Profiled flow resistance. It can also prevent swimming
be supported that the blades in a known manner against the
Direction of rotation of the impeller can be set at an angle.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Laufrad eines Radialverdichters,
Fig. 2 bis 5 Zylinderschnitte durch den Strömungskanal des Laufrades der Fig. 1
nach den Linien II-II bis V-V in vergrößertem Maßstab, Fig.6 einen Längsschnitt
durch ein Laufrad eines Radialverdichters mit gekrümmten und schräg gestellten Schaufeln,
Fig. 7 eine Stirnansicht des Laufrades nach Fig. 6, Fig.8 einen Schnitt durch eine
Schaufel nach der Linie VIII-VIII der Fig. 7, Fig..9 einen Schnitt durch die obere
Hälfte des Laufrades eines Radialverdichters mit die verlängerten Schaufelenden
nach der Kanalmitte hin begrenzenden Wänden.In the drawing are some exemplary embodiments of the subject matter of the invention
shown, namely Fig. 1 shows a longitudinal section through the impeller of a radial compressor,
FIGS. 2 to 5 cylinder sections through the flow channel of the impeller of FIG. 1
along lines II-II to V-V on an enlarged scale, FIG. 6 shows a longitudinal section
by an impeller of a centrifugal compressor with curved and inclined blades,
FIG. 7 shows an end view of the impeller according to FIG. 6, FIG. 8 shows a section through a
Blade along the line VIII-VIII of Fig. 7, Fig..9 a section through the upper
Half of the impeller of a centrifugal compressor with the extended blade ends
walls delimiting towards the center of the canal.
Das Laufrad gemäß Fig. 1 besteht aus der Radscheibe 1, der Deckscheibe
2 und mehreren Verdichterschaufeln 3, die in Wandnähe größere Durchmesser haben
als in Kanalmitte. Die verlängerten Schaufelenden sind mit 4 und 5 bezeichnet. OOuer
zur Meridianrichtung verlaufende Sekundärströmungen werden bei diesem Ausführungsbeispiel
ausschließlich durch entsprechende Formgebung der Laufschaufeln, und zwar durch
eine im Zylinderschnitt erkennbare Krümmung, verhindert. Die Veränderung der Querschnittsform
des Schaufelblattes zeigen die Fig. 2 bis 5. Abgesehen von einer in bekannter Weise
ausgebildeten Krümmung zur Erzielung stoßfreien Eintritts sind die Schaufeln bis
zum Zylinderschnitt III-III der Fig. 1 gerade ausgebildet; sie weisen dann einen
gekrümmten Querschnitt auf.The impeller according to FIG. 1 consists of the wheel disk 1, the cover disk
2 and several compressor blades 3, which have larger diameters near the wall
than in the middle of the canal. The extended blade ends are labeled 4 and 5. OOuer
Secondary flows running in the meridional direction are used in this exemplary embodiment
exclusively by appropriate shaping of the blades, namely by
a recognizable curvature in the cylinder section is prevented. The change in cross-sectional shape
of the airfoil are shown in FIGS. 2 to 5. Apart from one in a known manner
formed curvature to achieve smooth entry, the blades are up
straight for the cylinder section III-III of FIG. 1; they then assign you
curved cross-section.
Bewegt sich das Laufrad in Richtung des Pfeiles A, so wird die auf
der Druckseite a der Schaufel befindliche
Luft das Bestreben haben,
nach den Randzonen abzufließen. In diesem Bereich ist solche Querströmung erwünscht,
weil dadurch Wandablösungen vermieden werden können. In der Austrittsöffnung des
Laufradkanals wird aber, da mit der Krümmung des Schaufelblattes auch eine gewisse
Schrägstellung der verlängerten Schaufelenden 4, 5 verbunden ist, das Abströmen
der energiereicheren Wandströmungen nach der Kanalmitte hin, also eine Sekundärströmung
quer zur Meridianrichtung, unterbunden oder zumindest weitgehend verhindert. Auf
diese Weise wird es ermöglicht, das Arbeitsmittel in den wandnahen Gebieten mit
einer größeren Förderhöhe austreten zu lassen als in der Schaufelmitte. Die der
nachgeschalteten Leitvorrichtung zuströmende verdichtete Luft weist also eine, über
den Querschnitf des Strömungskanals betrachtet, nicht gleichmäßige Druck- und Geschwindigkeitsverteilung
auf, sondern den ablösungsgefährdeten Wandzonen wird ein im Vergleich zur Laufradmitte
energiereicheres Medium zugeführt. Dadurch werden die in der Austrittsleitvorrichtung
durch Ablösung an den seitlichen Begrenzungswänden bedingten Verluste ausgeglichen,
was sich auf den Wirkungsgrad des Radialverdichters vorteilhaft auswirkt.If the impeller moves in the direction of arrow A, the will open
the pressure side a of the blade
Aspire to air
to flow off towards the edge zones. Such a cross flow is desirable in this area,
because this means that wall detachments can be avoided. In the outlet of the
The impeller channel is, however, because with the curvature of the blade a certain amount
Inclination of the extended blade ends 4, 5 is connected to the outflow
of the more energetic wall flows towards the middle of the channel, i.e. a secondary flow
across the meridian direction, prevented or at least largely prevented. on
this way it is possible to use the work equipment in the areas close to the wall
at a higher delivery head than in the middle of the bucket. The the
compressed air flowing in downstream of the guide device thus has a
Considering the cross section of the flow channel, not even pressure and velocity distribution
on, but the wall zones at risk of detachment becomes a compared to the center of the impeller
more energetic medium supplied. As a result, the in the outlet guiding device
compensated for losses caused by detachment on the side walls,
which has a beneficial effect on the efficiency of the centrifugal compressor.
Während die Verdichterschaufel3 nach dem Ausführungsbeispiel der Fig.
1 nur am Austritt erfindungsgemäß gekrümmte Ouerschnittsform aufweist, ist es auch
möglich, das Einzelschaufelblatt über seine ganze Länge entweder nur gekrümmt oder
nur eben zu gestalten. Die Fig. 6 und 7 zeigen beispielsweise ein Laufrad, in das
über ihre ganze Länge gekrümmte Verdichterschaufeln 3' eingesetzt sind, welche -
in Drehrichtung des Laufrades gesehen - nach rückwärts geneigt angeordnet sind.
Einen Querschnitt durch ein solches gekrümmtes Schaufelblatt zeigt beispielsweise
die Fig. B. In der Fig. 7 erkennt man auch deutlich den größeren Durchmesser, den
die einzelnen Schaufeln in den randnahen Gebieten aufweisen.While the compressor blade 3 according to the embodiment of Fig.
1 only has a curved cross-section shape according to the invention at the outlet, it is
possible, the single blade either just curved or over its entire length
just to design. 6 and 7 show, for example, an impeller in which
Compressor blades 3 'curved over their entire length are used, which -
seen in the direction of rotation of the impeller - are arranged inclined backwards.
A cross section through such a curved blade is shown, for example
B. In FIG. 7 one can also clearly see the larger diameter, the
have the individual blades in the areas near the edge.
Fig. 9 zeigt ein Verdichterlaufrad, dessen einzelne Schaufeln 3",
abgesehen von der Einlaßkrümmung, bis zum Ende im Querschnitt eben ausgebildet sind.
Um bei dieser Bauweise ein Abschwimmen der im Bereich der Lappen 4", 5" höher verdichteten
Luft in Richtung zur Schaufelmitte hin zu verhindern, sind an den Übergangsstellen
vom kleineren Schaufeldurchmesser in der Laufradmitte zum größeren Durchmesser in
den Randzonen Begrenzungswände 6 eingesetzt, die diese unerwünschte Querströmung
verhindern und die im Querschnitt zwecks Verminderung des Strömungswiderstandes
profiliert sind.Fig. 9 shows a compressor impeller, the individual blades 3 ",
apart from the inlet bend, are flat in cross-section up to the end.
In order to prevent the floating in the area of the tabs 4 ", 5" from floating away
To prevent air in the direction of the blade center, are at the transition points
from the smaller blade diameter in the center of the impeller to the larger diameter in
the edge zones delimiting walls 6 used, which this undesirable cross flow
and prevent the cross-section in order to reduce the flow resistance
are profiled.