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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Leitapparat für eine Strömungsmaschine,
insbesondere einen Verdichter, zur Führung einer radialen Strömung von
außen
nach innen mittels ringförmig
um die Wellenachse der Strömungsmaschine
angeordneter verstellbarer Leitschaufeln.
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Leitapparate
dieser genannten Art sind bekannt und werden z. B. in großen Maschinen
wie Verdichtern bzw. Kompressoren und/oder Turbinen zur Regelung
des Kennfeldes und zur Reduzierung der Anfahrleistung eingesetzt.
Um eine von außen
nach innen führende
Radialströmung
auf ein nachfolgend axial angeströmtes Verdichterlaufrad zu leiten,
werden stromauf des Laufrades innerhalb des Leitapparates verstellbare
einteilige Leitschaufeln ringförmig um
die Achse der Strömungsmaschine
angeordnet, wobei die einzelnen Leitschaufeln um eine radial zur Wellenachse
der Strömungsmaschine
geführte
Achse schwenkbar sind. Dabei sind die Leitapparate üblicherweise
in einem Strömungskanal
des Kompressors bzw. Verdichters montiert, so dass die Leitapparate
auch als Eintrittsleitapparate bezeichnet werden können.
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Zur
Verstellung der Schaufeln weisen die Leitapparate eine Verstelleinrichtung
bzw. eine Stellvorrichtung auf, die relativ spielfrei ausgeführt sein muss,
um Hysteresen und unkontrollierte Schaufelbewegungen zu vermeiden.
Insbesondere müssen hierbei
hohe Temperaturdifferenzen, große
Abmessungen und Wärmeausdehnungskoeffizienten
von Werkstoffen bei der Konstruktion beachtet werden.
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Die
beschriebenen Leitapparate dienen unter anderem auch zur Drallregelung.
Bei der Drallregelung wird der Einfluss einer drallbehafteten Zuströmung auf
das Laufrad auf die Kennlinie ausgenutzt. Ein Mitdrall im Drehsinn
des Laufrades führt
gegenüber
der drallfreien Zuströmung
zu einer Verringerung des Volumenstroms, ein Gegendrall entgegen
dem Drehsinn des Laufrades zu einer Erhöhung des Volumenstroms. Hierbei
wird der Drall bei dieser Regelung durch Verstellung des Anstellwinkels
der Leitschaufeln erzeugt.
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Bei
der Drallregelung mittels der bekannten Leitapparate zur Vergrößerung des
Fahrbereichs bei stationären
Verdichtern kommt es zu hohen Strömungsverlusten im Teil- und Überlastbereich.
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Der
Grund für
diese Strömungsverluste
liegt darin, dass einige der verstellbaren Leitschaufeln je nach
Anstellwinkel zur Strömung
profilseitig strömungsgünstig, andere
dagegen eher strömungsungünstig angeströmt werden.
Durch die Ungleichmäßigkeit
der Strömung
kommt es zu erhöhten
Strömungsverlusten.
Dies ist in 1 dargestellt.
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1 zeigt
schematisch einen Schnitt durch einen Lufteintrittsstutzen 1 einer
Strömungsmaschine.
Bei dem dargestellten Lufteintrittsstutzen 1 tritt die
Luft von unten ein, wie durch die zwei unteren Pfeile angedeutet
ist. In dem Eintrittsbereich für
die Luft befindet sich eine Rippe 2. Die eintretende Luft tritt
auf die ringförmig
um die Achse der Strömungsmaschine
angeordneten verstellbaren Leitschaufeln 3, welche einteilig
ausgebildet sind.
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Wie
in der Zeichnung schematisch dargestellt ist, kommt es im rechten
Bereich zu einer verlustlosen Durchströmung der Zwischenräume der Leitschaufeln,
da sich für
diesen Bereich der eingestellte Anstellwinkel strömungsgünstig auswirkt.
Im linken Bereich ist schematisch dargestellt, dass die zwischen
die Leitschaufeln hindurchströmende
Luftströmung
abreißt
und es zur Verwirbelungen kommt, da sich für diesen Bereich der eingestellte
Anstellwinkel strömungsungünstig auswirkt.
Diese Verwirbelungen führen
zu erhöhten
Verlusten.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Leitapparat der eingangs
genannten Art anzugeben, mit welchem eine Drall regelung bei möglichst geringen
Strömungsverlusten
durchgeführt
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Leitapparat dadurch gelöst, dass
die einzelnen Leitschaufeln aus einem nicht verstellbaren Teil und
einem verstellbaren Teil bestehen, wobei die verstellbaren Teile
in Strömungsrichtung
hinter den nicht verstellbaren Teilen angeordnet sind.
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Die
Erfindung sieht Leitschaufeln zum Führen einer radialen Strömung von
außen
nach innen vor, welche aus einem nicht verstellbaren feststehenden
und einem verstellbaren beweglichen Teil bestehen, wobei der feststehende
Teil der Strömung
angepasst ist und somit geringe Strömungsverluste erzeugt. Die
eigentliche Drallregelung erfolgt mit dem beweglichen Teil, mit
welchem die Anströmung
des Laufrades geregelt wird.
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Weitere
zweckmäßige Ausgestaltungen
des erfindungsgemäßen Leitapparates
ergeben sich aus den Unteransprüchen
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
der Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnung.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch einen Lufteintrittsstutzen eines Leitapparates
mit einteiligen Leitschaufeln,
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2 den
schematischen Schnitt durch einen Lufteintrittsstutzen eines Leitapparates
mit zweiteiligen Leitschaufeln,
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3 einen
teilweisen Schnitt durch einen Einwellenverdichter mit Radiallaufrädern, welcher den
Einbau der zweiteiligen Leitschaufeln zeigt,
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4 mögliche Stellungen
des verstellbaren Teils bei den erfindungsgemäßen zweiteiligen Leitschaufeln,
und
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5 einen
schematischen Schnitt durch einen Leitapparat gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch einen Lufteintrittsstutzen 1 eines
Leitapparates, bei welchem die Leitschaufeln 4 zweiteilig ausgeführt sind.
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Dabei
wird davon ausgegangen, dass es sich hier sowie bei dem nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispiel
bei dem Strömungsmedium
um Luft handelt. Es ist aber in diesem Zusammenhang festzustellen,
dass die Erfindung bei allen gasförmigen Strömungsmedien anwendbar ist.
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Auch
bei diesem dargestellten Leitapparat tritt das Strömungsmedium,
die Luft, von unten in den Lufteintrittsstutzen 1 ein und
wird durch eine Rippe 2 in zwei Einzelströmungen aufgeteilt,
welche durch die Zwischenräume
der Leitschaufeln 4 von außen nach innen auf die Laufschaufeln
der Strömungsmaschine
geführt
werden.
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Die
zweiteiligen Leitschaufeln 4 sind ebenfalls ringförmig um
die Achse der Strömungsmaschine
angeordnet und bestehen aus einem nicht verstellbaren feststehenden
Teil 5 und einem verstellbaren beweglichen Teil 6.
Der feststehende Teil 5 ist dabei dem einströmenden Medium
zugewandt. Der feststehende Teil ist der Strömung angepasst und erzeugt
somit geringe Strömungsverluste.
Mit dem beweglichen Teil lässt
sich die Anströmung
des ersten Laufrades durch einen definierten Drall regeln.
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Der
verstellbare Teil 6 bildet mit dem nicht verstellbaren
Teil 5 einen bestimmten Winkel, welcher z. B., wie in 4 dargestellt
ist, 0° bis
60° zwischen
dem verstellbaren Teil und der Verlängerung der Längsachse
des feststehenden Teils 5 betragen kann.
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Durch
die erfindungsgemäßen verstellbaren beweglichen
Teile 6 der Leitschaufeln 4 ist ein höherer Wirkungsgrad
der Drallverstellung gewährleistet.
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Dabei
können
die zweiteiligen Leitschaufeln 4 derart ausgebildet sein,
dass die Konturen des feststehende Teils 5, welche von
der eintretenden Strömung
angeströmt
wird, jeweils den Strömungsbedingungen
angepasst sind, während
das bewegliche Teil immer die gleiche Kontur aufweist.
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Dabei
sind die Konturen der nicht verstellbaren Teile der Leitschaufeln 4 entsprechend
ihrer Lage im Leitapparat derart ausgebildet, dass sie für das Strömungsmedium
einen möglichst
geringen Widerstand bilden. Dies soll verhindern, dass es an dem feststehenden
Teil 5 zu einem Strömungsabriss kommt.
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3 zeigt
den Einbau der erfindungsgemäßen Leitschaufeln 4 innerhalb
einer Strömungsmaschine.
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Das
durchströmende
Medium, z. B. Luft, tritt durch den Lufteintrittsstutzen 7 ein
und trifft auf die feststehenden Teile 8 der Leitschaufeln.
In Verlängerung
der feststehenden Teile 8 in Richtung zur Welle 10 der
Strömungsmaschine
sind die beweglichen Teile 9 angeordnet. Das zwischen den
Leitschaufeln durchströmende
Medium trifft danach auf das erste Laufrad 11.
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5 zeigt
einen schematischen detaillierten Schnitt durch einen Leitapparat
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In
dieser Darstellung sind insbesondere die unterschiedlichen Konturen
der nicht verstellbaren Teile 5 und die immer gleichen
Konturen der verstellbaren Teile 6 zu erkennen.
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- 1
- Lufteintrittsstutzen
- 2
- Rippe
- 3
- Leitschaufeln
(einstückig)
- 4
- Leitschaufeln
(zweigeteilt)
- 5
- Teil
feststehend
- 6
- Teil
beweglich
- 7
- Lufteintrittsstutzen
- 8
- Teil
fest stehend
- 9
- Teil
beweglich
- 10
- Welle
- 11
- erstes
Laufrad