DE102011003522B4 - Coupled outlet diffuser angle adjustment - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Winkelverstellung von Schaufeln eines Austrittsleitapparats eines Verdichters sowie ein Verfahren zur Montage einer solchen Vorrichtung zur Winkelverstellung von Schaufeln eines Austrittsleitapparats. Die Vorrichtung zur Winkelverstellung von Schaufeln (11) eines Austrittsleitapparats (102) eines Verdichters (100) umfasst mehrere winkelverstellbare Schaufeln (11), welche jeweils auf einer Welle (12) in einem Gehäuse (101), insbesondere einem Spiralgehäuse (101), gelagert sind. Die Wellen (12) weisen jeweils einen (Verstell-)Hebel (15) auf, welcher unter Verwendung einer Kulisse (24) geführt wird, wobei die Kulissen (24) an einem Stellring (23) angeordnet sind, sodass bei Verstellung des Stellrings (23) die Winkelverstellung der Schaufeln (11) realisierbar ist. Bei der Montage dieser Vorrichtung in das Gehäuse (101) des Verdichters (100) bei Kopplung der Winkelverstellung des Austrittsleitapparats (102) mit einem Eintrittsleitapparat (103) des Verdichters (100) werden zunächst die Schaufeln (11) auf die jeweilige Welle (12), Rollen (13) an dem jeweiligen (Verstell-)Hebel (15) sowie die Kulissen (24) an den Stellring (23) und der Stellring (23) an den Eintrittsleitapparat (103) montiert. Die Wellen (12) werden in dem Gehäuse (101) montiert und die (Verstell-)Hebeln (15) werden auf die jeweilige Welle (12) montiert. Danach wird der Eintrittsleitapparat (103) in das Gehäuse (101) montiert, wobei die Rollen (13) in die jeweilige Kulisse (24) eingeführt werden, wodurch die Kopplung der Winkelverstellung realisiert wird.The invention relates to a device for adjusting the angle of blades of a Austrittsleitapparats a compressor and a method for assembling such a device for angular adjustment of blades of a Austrittsleitapparats. The device for adjusting the angle of blades (11) of an outlet guide apparatus (102) of a compressor (100) comprises a plurality of angle-adjustable blades (11), each mounted on a shaft (12) in a housing (101), in particular a spiral housing (101) are. The shafts (12) each have an (adjusting) lever (15), which is guided by using a link (24), wherein the links (24) are arranged on an adjusting ring (23), so that upon adjustment of the adjusting ring ( 23), the angular adjustment of the blades (11) can be realized. When mounting this device in the housing (101) of the compressor (100) when coupling the angular adjustment of the Austrittsleitapparats (102) with a Eintrittsleitapparat (103) of the compressor (100) are first the blades (11) on the respective shaft (12) , Rollers (13) on the respective (adjustment) lever (15) and the scenes (24) to the adjusting ring (23) and the adjusting ring (23) to the inlet guide (103) mounted. The shafts (12) are mounted in the housing (101) and the (adjustment) levers (15) are mounted on the respective shaft (12). Thereafter, the Eintrittsleitapparat (103) is mounted in the housing (101), wherein the rollers (13) are inserted into the respective link (24), whereby the coupling of the angular adjustment is realized.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Winkelverstellung von Schaufeln eines Austrittsleitapparats eines Verdichters sowie ein Verfahren zur Montage einer solchen Vorrichtung zur Winkelverstellung.The invention relates to a device for angular adjustment of blades of a Austrittsleitapparats a compressor and a method for assembling such a device for angular adjustment.
Verdichter bzw. fluidkomprimierende Vorrichtungen werden in verschiedenen Industriebereichen für verschiedene Anwendungen genutzt, bei denen es um eine Kompression oder Verdichtung von Fluiden, im Speziellen (Prozess-)Gasen, geht. Bekannte Beispiele hierfür sind Turboverdichter in mobilen industriellen Anwendungen, wie in Abgasturboladern oder in Strahltriebwerken, oder auch in stationären industriellen Anwendungen, wie Getriebe- bzw. Getriebeturboverdichter für eine Luftzerlegung.Compressors or fluid compressing devices are used in various industries for various applications involving compression or compression of fluids, especially (process) gases. Well-known examples of this are turbo compressors in mobile industrial applications, such as in exhaust gas turbochargers or in jet engines, or even in stationary industrial applications, such as gearbox turbo compressors for air separation.
Bei einem solchen – in seiner Arbeitsweise kontinuierlich arbeitenden – Turboverdichter wird die Druckerhöhung (Verdichtung) des Fluids dadurch bewirkt, dass ein Drehimpuls des Fluids von Eintritt zu Austritt durch ein rotierendes, radial erstreckende Schaufeln aufweisendes Laufrad des Turboverdichters durch die Rotation von den Schaufeln erhöht wird. Hier, d. h. in einer solchen Verdichterstufe, steigen Druck und Temperatur des Fluids, während die relative (Strömungs-)Geschwindigkeit des Fluids im Laufrad sinkt. Um eine möglichst hohe Druckerhöhung bzw. Verdichtung des Fluids zu erreichen, können mehrere solcher Verdichterstufen hintereinander geschaltet werden.In such - in its operation continuously working - turbo compressor, the pressure increase (compression) of the fluid is effected by an angular momentum of the fluid from entry to exit by a rotating radially extending blades having impeller of the turbo compressor is increased by the rotation of the blades , D here. H. In such a compressor stage, pressure and temperature of the fluid increase while the relative (flow) velocity of the fluid in the impeller decreases. In order to achieve the highest possible pressure increase or compression of the fluid, a plurality of such compressor stages can be connected in series.
Als Bauformen von Turboverdichtern unterscheidet man zwischen Radial- und Axialverdichtern.As types of turbocompressors, a distinction is made between radial and axial compressors.
Bei dem Axialverdichter strömt das zu komprimierende Fluid, beispielsweise ein Prozessgas, in paralleler Richtung zur Achse (Axialrichtung) durch den Verdichter. Bei dem Radialverdichter strömt das Gas axial in das Laufrad der Verdichterstufe und wird dann nach außen (radial, Radialrichtung) abgelenkt. Bei mehrstufigen Radialverdichtern wird damit hinter jeder Stufe eine Strömungsumlenkung notwendig.In the axial compressor, the fluid to be compressed, for example a process gas, flows in a direction parallel to the axis (axial direction) through the compressor. In the radial compressor, the gas flows axially into the impeller of the compressor stage and is then deflected outwards (radially, radially). With multi-stage centrifugal compressors, a flow diversion becomes necessary behind each stage.
Kombinierte Bauarten von Axial- und Radialverdichtern saugen mit ihren Axialstufen große Volumenströme an, die in den anschließenden Radialstufen auf hohe Drücke komprimiert werden.Combined types of axial and radial compressors draw large volume flows with their axial stages, which are compressed to high pressures in the subsequent radial stages.
Während meist einwellige Maschinen zum Einsatz kommen, sind bei Getriebeverdichtern die einzelnen Verdichterstufen um ein Großrad herum gruppiert, wobei mehrere parallele Wellen, die jeweils ein oder zwei – in Spiralgehäusen aufgenommene – Laufräder tragen, von einem großen Antriebszahnrad, einem Großrad, angetrieben werden.While mostly single-shaft machines are used, gear compressor compressors, the individual compressor stages are grouped around a large wheel around, with several parallel shafts, each carrying one or two - recorded in spiral housings - wheels are driven by a large drive gear, a large wheel.
Zur Optimierung der Strömungsführung durch den Verdichter bzw. durch eine Verdichterstufe und damit zur Optimierung des Leistungsverhaltens des Verdichters bzw. der Verdichterstufe ist es ferner bekannt, dem Laufrad einen Eintrittsleitapparat (kurz im Folgenden ELA) vor- und/oder dem Laufrad einen Austrittsleitapparat (kurz im Folgenden ALA) nachzuschalten.To optimize the flow control through the compressor or by a compressor stage and thus to optimize the performance of the compressor or the compressor stage, it is also known, the impeller inlet Einleitleitat (shortly below ELA) and / or the impeller a Austrittsleitapparat (short in the following ALA).
Ein solcher Getriebeverdichter, ein Getriebeturboverdichter der Firma Siemens: mit der Bezeichnung STC-GC, eingesetzt für die Luftzerlegung, ist aus http://www.energy.siemens.com/hq/de/verdichtung-expansion-ventilation/turboverdichter/getriebeturboverdichter/stc-gc.htm (erhältlich am 10.01.2011) bekannt.Such a gear compressor, a gear turbo compressor from Siemens: with the name STC-GC, used for the air separation, is from http://www.energy.siemens.com/hq/en/verdichtung-expansion-ventilation/turboverdichter/getriebeturboverdichter/ stc-gc.htm (available on January 10, 2011).
Ferner ist bekannt, dass bei einem Getriebeverdichter, beispielsweise für die Luftzerlegung, in der Regel ein großer Fahrbereich in einem Kennfeld des Verdichters in Richtung kleinerer Volumenströme bei nahezu konstantem Druck (Turn-Down-Fahrbereich) gefordert wird.Furthermore, it is known that in a gear compressor, for example, for the air separation, usually a large driving range in a map of the compressor in the direction of smaller flow rates at almost constant pressure (turn-down driving range) is required.
Würden diese Getriebeverdichter für einen Enddruck auslegt werden, der dem geforderten Enddruck in den Betriebspunkten entspricht, wäre der Turn-Down-Fahrbereich zu klein. Deshalb werden Getriebeverdichter in der Regel für einen höheren Enddruck ausgelegt, sodass das Kennfeld (i. d. R. Drall-Kennfeld) bei dem geforderten Enddruck der Betriebspunkte eine erforderliche Breite aufweist.If these transmission compressors were designed for a final pressure that corresponds to the required final pressure at the operating points, the turn-down driving range would be too small. Therefore, transmission compressors are usually designed for a higher ultimate pressure, so that the characteristic field (i.in., swirl characteristic map) at the required final pressure of the operating points has a required width.
Allerdings liegen dann die Betriebspunkte der Getriebeverdichter relativ weit vom Wirkungsgradmaximum entfernt, welches in der Regel in der Nähe des internen Auslegepunktes liegt.However, then the operating points of the gear compressor are relatively far away from the maximum efficiency, which is usually in the vicinity of the internal Auslegepunktes.
Eine mögliche Verbesserung liege sich erreichen, wenn im Kennfeld ein flacherer Pumpgrenzlinienverlauf, und dadurch die notwendige Kennfeldbreite bei höherem Wirkungsgrad, erreicht werden könnte.A possible improvement could be achieved if a flatter surge boundary line course could be achieved in the map, and thus the necessary map width with higher efficiency could be achieved.
Um Einfluss auf das Kennfeld zu nehmen, ist es bekannt, einen Anströmwinkel von Schaufeln eines Austrittsleitapparates, kurz im Folgenden Austrittsleitschaufeln, zu verändern.In order to influence the characteristic map, it is known to change the angle of attack of blades of an outlet guide apparatus, in the following referred to as outlet guide vanes.
Eine solche Einflussnahme auf das Strömungsbild nach dem Laufrad eines Verdichters bzw. einer Verdichterstufe muss auf eine Strömungsführung vor dem Laufrad, d. h. im Eintrittleitapparat, abgestimmt sein, was eine abgestimmte bzw. kombinierte Verstellung von Eintritts- und Austrittsleitschaufeln erfordert.Such an influence on the flow pattern after the impeller of a compressor or a compressor stage must be on a flow guide in front of the impeller, d. H. in the inlet guide, be matched, which requires a coordinated or combined adjustment of inlet and outlet guide vanes.
Eine Kulisse ist ein im Maschinenbau eingesetztes Getriebeelement zur Kraftübertragung (Kulissenführung).A backdrop is a used in mechanical transmission element for power transmission (link guide).
Die Kulisse weist einen Schlitz, Steg oder eine Nut auf, in/auf der/dem ein Kulissenstein beidseitig zwangsgeführt ist, um eine Bewegung der Kulisse in eine Bewegung des Kulissensteins umzusetzen. Eine Übertragungsfunktion (auch Kopplungsfunktion) der Kulissenführung wird durch den Verlauf der Führung, d. h. durch den Verlauf des Schlitzes, Steges oder der Nut, bestimmt und ist in weiten Grenzen frei wählbar. Die Kulissenführung wird insbesondere zur Realisierung komplexer Übertragungsfunktionen eingesetzt. The gate has a slot, web or a groove in / on which / a sliding block is forcibly guided on both sides to implement a movement of the backdrop in a movement of the sliding block. A transfer function (also coupling function) of the slotted guide is determined by the course of the guide, ie by the course of the slot, web or groove, and is freely selectable within wide limits. The slotted guide is used in particular for the realization of complex transfer functions.
Aus der Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Winkelverstellung von Schaufeln eines Austrittsleitapparats eines Verdichters anzugeben, welche die Nachteile aus dem Stand der Technik verbessert, einfach und kostengünstig zu realisieren und auch einfach und kostengünstig zu montieren bzw. in einen Verdichter bzw. einer Verdichterstufe einzubauen ist.The invention has for its object to provide a device for angular adjustment of blades of a Austrittsleitapparats a compressor, which improves the disadvantages of the prior art, to realize simple and inexpensive and easy and inexpensive to assemble or in a compressor or a compressor stage is to be installed.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung zur Winkelverstellung von Schaufeln eines Austrittsleitapparats eines Verdichters sowie durch das Verfahren zur Montage einer solchen Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem jeweiligen unabhängigen Patentanspruch gelöst.The object is achieved by the device for adjusting the angle of blades of a discharge nozzle of a compressor and by the method for mounting such a device having the features according to the respective independent claim.
Die Vorrichtung zur Winkelverstellung von Schaufeln eines Austrittsleitapparats eines Verdichters umfasst mehrere (winkel-)verstellbare Schaufeln, welche jeweils auf einer Welle in einem Gehäuse, insbesondere in einem Spiralgehäuse, gelagert sind.The device for angular adjustment of blades of an outlet guide of a compressor comprises a plurality of (angle) adjustable blades, which are each mounted on a shaft in a housing, in particular in a spiral housing.
Die Wellen weisen jeweils einen (Verstell-)Hebel auf bzw. sind jeweils mit einem (Verstell-)Hebel verbunden, welcher unter Verwendung einer Kulisse – insbesondere über an den (Verstell-)Hebeln gelagerten und in den Kulissen geführten Rollen – geführt wird.The shafts each have a (adjustment) lever or are each connected to a (adjusting) lever, which is guided using a link - in particular via the (adjustment) levers mounted and guided in the scenes roles.
Die Kulissen sind wiederum an einem Stellring (auch im Folgenden Kulissenhaltering) angeordnet bzw. mit einem Stellring bzw. Kulissenhaltering verbunden.The scenes are in turn arranged on an adjusting ring (also in the following setting retaining ring) or connected to a setting ring or gate retaining ring.
Bei Verstellung dieses Stellrings lassen sich somit die Schaufeln bzw. die (Anström-)Winkel der Schaufeln – entsprechend der durch die Kulisse realisierten Verstellmimik – verstellen, wodurch die Anströmung der Schaufeln verändert und Einfluss auf das Kennfeld des Verdichters genommen werden kann.When adjusting this collar so the blades or the (Anström-) angle of the blades - according to the realized through the backdrop Verstellmimik - adjust, whereby the flow of the blades changed and influence on the map of the compressor can be taken.
Bei der Montage dieser Vorrichtung in das Gehäuse des Verdichters – und bei Kopplung der Winkelverstellung des Austrittsleitapparats (ALA) mit einem Eintrittsleitapparat (ELA) bzw. mit einer Winkelverstellung von Schaufeln des Eintrittsleitapparats des Verdichters – werden zunächst die Schaufeln des Austrittleitapparats auf die jeweilige Welle, Rollen an dem jeweiligen (Verstell-)Hebel sowie die Kulissen an den Stellring – und der Stellring an den Eintrittsleitapparat montiert.When mounting this device in the housing of the compressor - and coupling the angle adjustment of the Australsleitapparats (ALA) with a Eintrittsleitapparat (ELA) or with an angular displacement of blades of the inlet guide of the compressor - are first the blades of the Austrittleitapparats on the respective shaft, Rollers on the respective (adjusting) lever and the scenes on the adjusting ring - and the adjusting ring mounted on the inlet guide.
Die Wellen werden in dem Gehäuse und die (Verstell-)Hebel werden an die Wellen montiert.The shafts are mounted in the housing and the (adjustment) levers are mounted on the shafts.
Danach wird der Eintrittsleitapparat in/an das Gehäuse montiert, wobei die Rollen in die jeweilige Kulisse eingeführt werden, wodurch die Kopplung der Winkelverstellung von ALA und ELA realisiert wird.Thereafter, the entrance guide is mounted in / on the housing, with the rollers are inserted into the respective gate, whereby the coupling of the angle adjustment of ALA and ELA is realized.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Preferred developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Von besonderem Vorteil bei der Erfindung ist, dass diese einen sehr einfachen, kostengünstigen und flexiblen sowie hoch effizienten Verstellmechanismus für die Schaufeln des ALA realisiert, welcher sich darüber hinaus über Kopplung des Stellrings mit dem ELA bzw. mit dem Verstellmechanismus des ELA an die ELA-Verstellung – durch einen ELA-Verstellzylinder – anbinden lässt (kombinierte ELA-ALA-(Winkel-)Verstellung) – und damit keinen eigenen, separaten Antrieb zur Verstellung erfordert.A particular advantage of the invention is that it realizes a very simple, inexpensive and flexible and highly efficient adjustment mechanism for the blades of the ALA, which moreover, via coupling of the adjusting ring with the ELA or with the adjustment mechanism of the ELA to the ELA Adjustment - by means of an ELA adjustment cylinder - can be connected (combined ELA-ALA (angle) adjustment) - and thus requires no separate, separate drive for adjustment.
Eine kombinierte, aufeinander abstimmbare ELA-ALA-Winkelverstellung und damit eine gewünschte Einflussnahme auf das Kennfeld des Verdichters (zur Optimierung dessen Leistungsverhalten) wird möglich. Darüber hinaus erweist sich von Vorteil, dass ein solcher kombinierter ELA-ALA-Verstellmechanismus innerhalb des Gehäuses, von außen unsichtbar angeordnet werden kann.A combined, mutually tunable ELA-ALA angle adjustment and thus a desired influence on the map of the compressor (to optimize its performance) is possible. In addition, it proves to be advantageous that such a combined ELA-ALA adjustment mechanism can be arranged inside the housing, invisibly from the outside.
Über eine – durch einfache Bearbeitungsverfahren – flexible Gestaltung der Kulisse bzw. der Kulissenführung, beispielsweise durch spanende Bearbeitung einer Nut oder eines Schlitzes in der Kulisse und/oder über eine Ausrichtung der Kulisse am Stellring, lassen sich beliebige Kopplungsfunktionen bzw. Verstellmimiken – für die kombinierte Winkelverstellung – realisieren.About a - simple processing methods - flexible design of the backdrop or the slide guide, for example, by machining a groove or slot in the backdrop and / or alignment of the scenery on the collar, any coupling functions or Verstellmimiken - for the combined Angle adjustment - realize.
So kann in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen werden, dass die Kulissenführung als Schlitz, Steg oder Nut in/an der Kulisse ausgebildet ist. Bevorzugt kann hier weiter vorgesehen werden, dass als in der Kulisse geführtes Element eine – am (Verstell-)Hebel gelagerte – Rolle verwendet wird. Besonders bevorzugt kann vorgesehen werden, durch spanende Bearbeitung eine, insbesondere gerade, Nut in der Kulisse einzubringen, in welcher dann das geführte Element bzw. die Rolle geführt bzw. bewegt wird.Thus it can be provided in a preferred embodiment that the slotted guide is designed as a slot, web or groove in / on the backdrop. Preferably, it can further be provided here that the element guided in the link element is a roller mounted on the (adjusting) lever is used. Particularly preferably, it can be provided to introduce a, in particular straight, groove in the gate by machining, in which then the guided element or the roller is guided or moved.
Bei solchen geraden Nuten bzw. Langlöchern ist die Herstellung einfach, aber die Kopplung von ELA-Winkel zu ALA-Winkel (kombinierte ELA-ALA-Verstellung) noch Winkelfunktionen unterworfen. Durch entsprechende Bearbeitung, z. B. durch Fräsen, von Führungsflächen bzw. von Abrollflächen (bei in Kulissen geführten Rollen als geführte Elemente) in/an der Kulisse können annähernd beliebige Kopplungsfunktionen umgesetzt werden.In such straight grooves or slots, the production is simple, but the coupling of ELA angle to ALA angle (combined ELA-ALA adjustment) still subjected to trigonometric functions. By appropriate processing, for. B. by milling, of guide surfaces or of rolling surfaces (guided in scenes roles as guided elements) in / on the backdrop can be implemented almost any coupling functions.
Einfache, lineare Kopplungsfunktionen, wie Rampen oder Sägezahnprofile mit beliebigen Steigungen bzw. „Übersetzungen”, wie auch komplexe, nicht lineare Kopplungen lassen sich so realisieren.Simple, linear coupling functions, such as ramps or sawtooth profiles with arbitrary gradients or "translations", as well as complex, non-linear couplings can be realized in this way.
So ist es beispielsweise auch möglich, durch Einarbeiten einer Fläche, die neutral (90°) zum Abrollkreis einer in der Kulisse geführten Rolle steht, die kombinierte ELA-ALA-Verstellung in gewünschten Winkelbereichen des ELA zu entkoppeln (bereichsweise Entkopplung oder Toter Gang).Thus, for example, it is also possible to decouple the combined ELA-ALA adjustment in desired angular ranges of the ELA by incorporating a surface which is neutral (90 °) to the rolling circle of a roller guided in the scenery (in some areas decoupling or dead gear).
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Kulisse über eine oder mehrere Exzentereinheiten, beispielweise bestehend aus einem Exzenter mit Exzenterbolzen, Klemm- und Verstellschraube, insbesondere über zwei Exzentereinheiten, mit dem Stellring verschraubt wird. Eine solche Verschraubung der Kulisse mit dem Stellring durch die eine oder durch die zwei oder mehreren Exzentereinheiten ermöglicht eine einfache und flexible Ausrichtung der Kulisse am Stellring – und damit Einflussnahme auf die Kopplungsfunktion. Hierzu kann auch vorgesehen werden, dass – durch entsprechende Ausgestaltung von zum Beispiel des Gehäuses oder anderer Elemente mit Zugangsöffnung oder ähnlichem die Verstellung auch bei montiertem Zustand, z. B. quasi geschlossenem Spiralgehäuse, erfolgen kann.In a preferred embodiment, it is provided that the link via one or more eccentric units, for example consisting of an eccentric eccentric, clamping and adjusting screw, in particular via two eccentric units, is bolted to the adjusting ring. Such screwing the backdrop with the collar through one or through the two or more eccentric allows a simple and flexible alignment of the backdrop on the collar - and thus influencing the coupling function. For this purpose, it can also be provided that - by appropriate design of, for example, the housing or other elements with access opening or the like, the adjustment even when mounted state, for. B. quasi closed volute, can be done.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, die Verstellmimik bzw. die Verstellmechanik durch entsprechende Ausgestaltung und/oder Ausrichtung der Kulisse derart einzustellen, dass eine Winkeluntersetzung bei der kombinierten ELA-ALA-Winkelverstellung realisiert wird. D. h., eine größere Winkelverstellung der ELA-Schaufeln führt zu einer kleineren Winkelverstellung bei den ALA-Schaufeln.In a preferred embodiment, it is provided to adjust the adjustment mechanism or the adjusting mechanism by appropriate design and / or orientation of the link in such a way that an angular reduction in the combined ELA-ALA angle adjustment is realized. This means that a larger angle adjustment of the ELA blades results in a smaller angle adjustment for the ALA blades.
So kann beispielsweise die Verstellmimik derart eingestellt werden, z. B. durch eine entsprechend ausgerichtete Rampe als Kulissenführung, dass eine ELA-Winkelverstellung von 60° zu einer ALA-Winkelverstellung von 45° führt.Thus, for example, the Verstellmimik can be adjusted such. B. by a correspondingly aligned ramp as a slotted guide that an ELA angle adjustment of 60 ° leads to an ALA angle adjustment of 45 °.
Darüber hinaus erweist sich die Erfindung mit ihrer erfindungsgemäßen Verstellmechanik dahingehen von Vorteil, dass sie in Kraftrichtung ALA → ELA bzw. entgegen der Verstellrichtung ELA → ALA (d. h. eine Verstellung der ELA-Schaufeln bewirkt über die durch die Verstellmechanik realisierte Kopplung auch die Verstellung der ALA-Schaufeln), insbesondere im Bereich einer realisierten Untersetzung, selbsthemmend ist. Damit ist eine zusätzliche Klemmung der Mechanik unnötig, was die Konstruktion einer kombinierten Winkelverstellung entsprechend vereinfacht.Moreover, the invention proves advantageous with its adjustment mechanism according to the invention that in the direction of the force ALA → ELA or counter to the adjustment direction ELA → ALA (ie an adjustment of the ELA blades effected via the realized by the adjustment coupling and the adjustment of the ALA Shovels), in particular in the range of a realized reduction, is self-locking. Thus, an additional clamping of the mechanism is unnecessary, which simplifies the construction of a combined angle adjustment accordingly.
Auch ermöglicht die Erfindung, insbesondere durch ihren einfachen, konstruktiven Aufbau, den Einsatz bzw. die Verwendung von handelsüblichen Gleit- und Wälzlagern für die Lagerung bei der Erfindung bewegter Elemente.Also, the invention allows, in particular by its simple, constructive structure, the use or the use of commercially available sliding and rolling bearings for storage in the invention of moving elements.
So kann in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen werden, den (Verstell-)Hebel unter Verwendung einer am (Verstell-)Hebel angeordneten Rolle in/an der Kulisse zu führen. Diese Rolle kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung mittels einer Gleitlagerbuchse und einem Gewindestift am (Verstell-)Hebel befestigt bzw. gelagert – und unter Verwendung eines oder mehrerer Sicherungsringe gesichert – werden.Thus, it can be provided in a preferred embodiment, the (adjusting) lever using a (adjusting) lever arranged in / on the backdrop to lead. This role can according to another preferred embodiment by means of a plain bearing bush and a threaded pin on the (adjustment) lever mounted or stored - and secured using one or more retaining rings - are.
Durch eine Verwendung von derartigen Lagerelementen lässt sich ein Reibungsanteil an der bei der Schaufelverstellung, insbesondere kombinierten Schaufelverstellung, aufzubringenden Antriebsleistung minimieren. Auch ermöglicht die Erfindung dadurch, d. h. durch die Verwendung derartiger üblicher Lagerelemente, eine kostengünstige Gestaltung der Winkelverstellung.By using such bearing elements, a friction component can be minimized at the drive power to be applied during blade adjustment, in particular combined blade adjustment. Also, the invention thereby enables, d. H. through the use of such conventional bearing elements, a cost-effective design of the angle adjustment.
Des Weiteren erweist sich bei der Erfindung von Vorteil, dass die erfindungsgemäßen Komponenten, wie der (Verstell-)Hebel und/oder die Kulisse, als kleine und/oder einfache Dreh- und Frästeile ausgeführt werden können, die keine weiteren Anforderungen an eine übliche Bearbeitung stellen.Furthermore, it proves to be advantageous in the invention that the components according to the invention, such as the (adjustment) lever and / or the scenery, as small and / or simple turned and milled parts can be performed, the no further requirements for a common processing put.
Auch ist die Erfindung baugleich für links- und rechtsdrehende Verdichter einsetzbar. Des Weiteren erweist sich bei der Erfindung von Vorteil, dass sie sowohl von der Schaufelzahl des ELA als auch von der Schaufelzahl des ALA unabhängig und damit entsprechend flexibel verwendbar bzw. einsetzbar ist.Also, the invention can be used identical for left- and right-handed compressor. Furthermore, it proves to be advantageous in the invention that it can be used or used independently of the number of blades of the ELA as well as of the number of blades of the ALA and thus correspondingly flexibly.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Stellring durch Verbindung mit einem Verstellelement des ELA, beispielweise mit einem Stellring des ELA bzw. mit dem Stellring für die ELA-Schaufeln, verbunden ist. Die Winkelverstellung der ELA-Schaufeln – durch Verdrehung des ELA-Stellrings – führt damit zur (gekoppelten bzw. kombinierten) Winkelverstellung bei den ALA-Schaufeln.In a preferred embodiment, it is provided that the adjusting ring is connected by connection with an adjusting element of the ELA, for example with a collar of the ELA or with the adjusting ring for the ELA blades. The angle adjustment of the ELA blades - by turning the ELA adjusting ring - thus leads to (coupled or combined) angle adjustment of the ALA blades.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen werden, dass die Befestigung der Schaufel an der Welle unter Verwendung einer Muffe ausgeführt ist, wobei die Schaufel, die Muffe und die Welle über einen oder mehrere Stifte, insbesondere einen Gewindestift und/oder einen Spannstift, in axialer Richtung zusammengehalten werden können. In a further preferred embodiment it can be provided that the fastening of the blade to the shaft is carried out using a sleeve, wherein the blade, the sleeve and the shaft via one or more pins, in particular a threaded pin and / or a clamping pin in the axial Direction can be held together.
Aus Festigkeitssicht ist diese Verbindung von Schaufel zu Welle, d. h. die Befestigung der Schaufel an der Welle, ein kritischer Bereich. Im Betrieb des Verdichters ist die Beschaufelung direkt mit dem zu fördernden Fluid in Berührung, da hierdurch der Einfluss auf die Strömungsrichtung genommen werden soll. Dadurch ist die Beschaufelung bzw. sind die Schaufeln aber auch auftretenden Strömungsstöße und Schwingungen bzw. entsprechenden Belastungen, insbesondere an, Grenzen des Fahrbereichs, ausgesetzt.From a strength standpoint, this connection is from blade to shaft, i. H. attaching the bucket to the shaft, a critical area. During operation of the compressor, the blading is directly in contact with the fluid to be delivered, since this is to influence the direction of flow. As a result, the blading or the blades are exposed but also occurring flow surges and vibrations or corresponding loads, in particular, limits of the driving range.
Um diesen Belastungen Rechnung zu tragen kann die Verbindung von Schaufel und Welle über die (Schaufel-)Muffe massiv ausgeführt werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schaufel, die Muffe und die Welle über einen zentralen Gewindestift in axialer Richtung zusammengehalten werden. Die Schaufel, die Muffe und die Welle können anschließend miteinander verstiftet werden. Durch die Stifte in der Schaufel und der Muffe wird gleichzeitig ein Lösen des zentralen Gewindestifts ausgeschlossen. In fertig montiertem Zustand können alle Stifte stirnseitig von angrenzenden Bauteilen verbunden sein, sodass ein Lösen im Betriebszustand ausgeschlossen ist.In order to take these loads into account, the connection between the blade and the shaft can be massively carried out via the (blade) sleeve. In a particularly preferred embodiment, it is provided that the blade, the sleeve and the shaft are held together in the axial direction via a central threaded pin. The bucket, the sleeve and the shaft can then be pinned together. By the pins in the blade and the sleeve at the same time a release of the central threaded pin is excluded. When fully assembled, all pins can be connected to the front of adjacent components, so that a release in the operating state is excluded.
Bei der Erfindung erweist sich weiter von besonderem Vorteil, dass sie teilbar und damit einfach montierbar ausgeführt ist. So ist eine Teilbarkeit der Vorrichtung an einer Verbindungsstelle zwischen dem (Verstell-)Hebel und der Kulisse, insbesondere zwischen einer am (Verstell-)Hebel angeordneten Rolle und der Kulisse, ausgeführt. Bei der Montage kann so der Eintrittsleitapparat in/an das Gehäuse montiert werden, dass die Rollen in die jeweilige Kulisse eingeführt werden.In the invention further proves to be particularly advantageous that it is divisible and thus easy to install. Thus, a divisibility of the device at a junction between the (adjustment) lever and the link, in particular between a (adjusting) lever arranged on the roller and the scenery executed. During assembly, the inlet guide can be mounted in / on the housing so that the rollers are inserted into the respective slot.
Insbesondere bei großen Spiralgehäusen kann die Montage unter Umständen auch diese Teilbarkeit möglich sein.Under certain circumstances, this divisibility may also be possible, especially with large volute casings.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann hierzu vorgesehen sein, dass die Kulisse und/oder die am (Verstell-)Hebel angeordnete Rolle eine Montagefase, insbesondere als Einfädelhilfe, aufweisen/aufweist.In a preferred embodiment, it may be provided for this purpose that the slide and / or the roller arranged on the (adjusting) lever have / have a mounting bevel, in particular as a threading aid.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Verdichter ein Getriebeverdichter, insbesondere ein mehrstufiger Getriebeverdichter, wobei hier die erfindungsgemäße Winkelverstellung in einer oder mehreren Stufen dieses Getriebeverdichters realisiert sein kann. Der Verdichter bzw. der mehrstufige Getriebeverdichter lässt sich bevorzugt für eine Luftzerlegung einsetzen.In a further preferred embodiment, the compressor is a gear compressor, in particular a multi-stage gear compressor, wherein here the angle adjustment according to the invention can be implemented in one or more stages of this gear compressor. The compressor or the multi-stage gear compressor can preferably be used for air separation.
Von besonderem Vorteil erweist sich bei der Erfindung, dass diese auch für den Einsatz in großen Spiralgehäusen von Verdichtern, insbesondere Getriebeverdichtern, bzw. Verdichterstufen geeignet ist. Bisher bekannte Konstruktionen von Winkelverstellungen von Schaufeln waren für kleine Spiralgehäuse vorgesehen, da hier ein Spiraleinsatz innerhalb des Spiralgehäuses zum Einsatz kommt und damit eine Verstellmechanik gut integrierbar und für die Montage teilbar ist. Nun ermöglicht die Erfindung auch den Einsatz einer Winkelverstellung bei großen Spiralgehäusen.It proves to be of particular advantage in the invention that it is also suitable for use in large volute casings of compressors, in particular gearbox compressors or compressor stages. Previously known constructions of angular displacements of blades were intended for small spiral housings, since here a spiral insert is used within the spiral housing and thus an adjustment mechanism can be easily integrated and divisible for assembly. Now, the invention also allows the use of an angle adjustment for large volute casings.
Weiterhin ermöglicht die Erfindung eine Erhöhung des Wirkungsgrads eines entsprechend der Erfindung eingerichteten Verdichters in leistungsgemäß hoch bewerteten Betriebspunkten, die im Teil- und/oder Überlastbereich im Drall-Kennfeld des Verdichters liegen. Insbesondere erweist sich hier bei der Erfindung von großem Vorteil, dass durch die realisierte Winkelverstellbarkeit der Fahrbereich von, insbesondere mehrstufigen, Verdichtern verbessert bzw. erweitert werden kann.Furthermore, the invention makes it possible to increase the efficiency of a compressor designed according to the invention in performance-rated high operating points, which lie in the partial and / or overload range in the swirl characteristic diagram of the compressor. In particular, it proves here in the invention of great advantage that can be improved or extended by the realized angle adjustment of the driving range of, in particular multi-stage, compressors.
In Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches im Weiteren näher erläutert wird.In figures, an embodiment of the invention is shown, which will be explained in more detail below.
Es zeigenShow it
Ausführungsbeispiel: Gekoppelte bzw. kombinierte Austrittsleitapparat (ALA)/Eintrittsleitapparat (ELA)-Winkelverstellung einer Verdichterstufe mit Spiralgehäuse (mit Montageablauf)Exemplary embodiment: Coupled or combined outlet guide device (ALA) / inlet guide device (ELA) angle adjustment of a compressor stage with spiral housing (with assembly procedure)
(a) Konstruktion(a) Construction
Diese Verdichterstufe
Allerdings ist bei dieser Verdichterstufe
In den folgenden
Um die Winkelverstellung bzw. eine Verdrehung von ALA-Schaufeln
Aus Festigkeitssicht ist diese Verbindung von ALA-Schaufel
Um diesen Belastungen Rechnung zu tragen, ist die Verbindung der ALA-Schaufel
Durch die Stifte
In fertig montiertem Zustand sind alle Stifte
An den Wellen
Die Kulissen
Der Kulissenhaltering
Wird der ELA-Winkel, d. h. die Winkelstellung der ELA-Schaufeln
(b) Teilbarkeit der Verstellmechanik(b) divisibility of the adjustment mechanism
Bei dieser Verstellmechanik bzw. Verstellmimik
Die Teilung der Verstellmimik
(c) Montageablauf(c) Assembly procedure
1. Vormontage (Leit-)Schaufeleinheit
Vormontage Welle
Für die Beschaufelung
Anschließend werden radiale und axiale Spannstifte
Vormontage Rollenhebel
Die Rolle
2. Vormontage der Kulissen
Zur Vorbereitung des Kulissenhalterrings
Am ELA
3. Montage der Leitschaufeleinheiten
Im Spiralgehäuse
Die Einstellung erfolgt ohne Diffusorscheibe, wobei im Endzustand die Diffusorscheibe die Einstellbohrung abdeckt. Somit ist der Strömungsraum glatt und gleichzeitig stehen die Einstellbohrungen für spätere Ausrichtarbeiten zu Verfügung.The adjustment takes place without diffuser disc, whereby in the final state the diffuser disc covers the setting bore. Thus, the flow space is smooth and at the same time the adjustment holes are available for later alignment work.
Zur Montage sind zunächst die Gleitlagerbuchsen
Die vormontierten Rollenhebel
Anschließend werden Rollenhebel
4. Abschließende Einstellungen ALA-Winkel/ELA-Winkel (Hochzeit der Verstellmechanik
Zur abschließenden Einstellung wird an das Spiralgehäuse
Die Anlagestifte zur ALA-Nullstellung werden entfernt und Saugflansch
Der ELA
Diese sind durch über die Exzenter
Zur Kontrolle der ALA-Winkelposition werden die Bohrungen und die Anlagestifte im Spiralgehäuse
Danach wird der ELA
Zur Sicherung der Einstellungen werden dann alle Exzentereinheiten
Nach Demontage von Saugflansch
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