DE102014012764A1 - Radial compressor stage - Google Patents
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Abstract
Radialverdichterstufe, die ein gegenüber einem Stator (12) rotierendes Laufrad (10) mit mehreren rotorseitigen Laufradschaufeln (11) und einen in Strömungsrichtung stromabwärts des Laufrads (10) positionierten Diffusor (19) mit mehreren statorseitigen Leitschaufeln (20) umfasst, und wobei zwischen dem Laufrad (10) und dem Stator (12) ein Radseitenraum (28) ausgebildet ist, und wobei ein Spalt (34), der zwischen einer Außenkante (37) einer stromabwärtigen Rückseite (27) des Laufrads (10) und einer gegenüberliegenden Innenkante (36) des Stators (12) ausgebildet ist, über eine Dichtung (37) abgedichtet ist, nämlich derart, dass die Dichtung (37) den Radseitenraum (18) von einem sich zwischen dem Laufrad (10) und dem Diffusor (19) erstreckenden Zwischenströmungskanal (26) abgedichtet.A centrifugal compressor stage comprising a rotor (10) rotating with respect to a stator (12) and having a plurality of stator vanes (20) positioned downstream of the impeller (10) and having a plurality of stator vanes (20), and between Impeller (10) and the stator (12) a Radseitenraum (28) is formed, and wherein a gap (34) between an outer edge (37) of a downstream rear side (27) of the impeller (10) and an opposite inner edge (36 ) of the stator (12) is sealed off by a seal (37), namely in such a way that the seal (37) extends the wheel side space (18) from an intermediate flow passage (11) between the impeller (10) and the diffuser (19). 26) sealed.
Description
Die Erfindung betrifft eine Radialverdichterstufe für einen Radialverdichter gemäß dem Oberbergriff des Anspruchs 1 bzw. 3.The invention relates to a radial compressor stage for a radial compressor according to the Oberbergriff of claim 1 or 3.
Aus der
Weiterhin ist es aus der
Aus der
Eine weitere Radialverdichterstufe mit einem solchen Radseitenraum ist aus der
Aus der
Im Betrieb eines Radialverdichters sind die Radialverdichterstufen mechanischen Anregungen und Schwingungen ausgesetzt, welche Schäden an der Radialverdichterstufe, insbesondere an den Laufradschaufeln des Laufrads der Radialverdichterstufe, hervorrufen können. Solche mechanischen Anregungen können auf synchronen Anregungsmechanismen sowie auf asynchronen Anregungsmechanismen beruhen.During operation of a radial compressor, the centrifugal compressor stages are exposed to mechanical stimuli and vibrations which can cause damage to the radial compressor stage, in particular to the rotor blades of the impeller of the radial compressor stage. Such mechanical excitations can be based on synchronous excitation mechanisms as well as on asynchronous excitation mechanisms.
Insbesondere werden durch die Interaktion von rotierenden und stationären Komponenten dreidimensionale und instationäre Strömungsphänomene erzeugt. Unter bestimmten Bedingungen entstehen Druckschwankungen, welche einen in Drehrichtung oder einen in der Drehrichtung entgegengesetzter Richtung umlaufenden Charakter haben. Die Anzahl und die Umlaufgeschwindigkeit dieser Druckschwankungen ist beliebig.In particular, three-dimensional and transient flow phenomena are generated by the interaction of rotating and stationary components. Under certain conditions, pressure fluctuations occur, which have a direction of rotation or of a direction opposite to that in the direction of rotation. The number and the circulation speed of these pressure fluctuations is arbitrary.
Dieses Phänomen ist Grundlage für eine asynchrone Anregung von offenen Laufrädern in Radialverdichtern. Bislang sind keine Methoden bekannt, mit Hilfe derer solchen asynchronen Anregungen gezielt entgegengewirkt werden kann, um eine kritische Schwingungsanregung insbesondere der Laufradschaufeln des Laufrads zu vermeiden.This phenomenon is the basis for asynchronous excitation of open impellers in centrifugal compressors. So far, no methods are known with the aid of which such asynchronous suggestions can be specifically counteracted to avoid a critical vibration excitation in particular of the impeller blades of the impeller.
Es besteht daher Bedarf an einer Radialverdichterstufe für einen Radialverdichter, bei der insbesondere die Laufradschaufeln des Laufrads einer geringen Schwingungsanregung insbesondere durch solche asynchronen Anregungen ausgesetzt sind.There is therefore a need for a radial compressor stage for a radial compressor, in which in particular the impeller blades of the impeller are exposed to a low vibration excitation, in particular by such asynchronous excitations.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Radialverdichterstufe für einen Radialverdichter zu schaffen, welche die obigen Anforderungen erfüllt und demnach einer geringen Schwingungsanregung insbesondere durch solche asynchronen Anregungen ausgesetzt ist.Proceeding from this, the present invention has the object to provide a radial compressor stage for a centrifugal compressor, which meets the above requirements and therefore a low vibration excitation is exposed in particular by such asynchronous excitations.
Diese Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Radialverdichterstufe nach Anspruch 1 gelöst. Hiernach ist ein Spalt, der zwischen einer Außenkante der stromabwärtigen Rückseite des Laufrads und einer gegenüberliegenden Kante des Stators ausgebildet ist, über eine Dichtung abgedichtet, nämlich derart, dass die Dichtung den Radseitenraum von einem sich zwischen dem Laufrad und dem Diffusor erstreckenden Zwischenströmungskanal abgedichtet.This object is achieved according to a first aspect of the invention by a radial compressor stage according to claim 1. After this is a gap, which is between an outer edge of the downstream Rear of the impeller and an opposite edge of the stator is sealed by a seal, namely such that the seal the Radseitenraum sealed by a between the impeller and the diffuser extending between the flow channel.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Radialverdichterstufe nach Anspruch 3 gelöst. Hiernach weist ein Spalt, der zwischen einer Außenkante einer stromabwärtigen Rückseite des Laufrads und einer gegenüberliegenden Innenkante des Stators ausgebildet ist, in Umfangsrichtung gesehen ein sich veränderndes Spaltmaß auf.According to a second aspect of the invention, this object is achieved by a radial compressor stage according to claim 3. Hereinafter, a gap formed between an outer edge of a downstream side of the impeller and an opposite inner edge of the stator has a varying gap in the circumferential direction.
Mit jedem der beiden obigen erfindungsgemäßen Aspekte kann einfach und zuverlässig asynchronen Anregungen von offenen Laufrädern in Radialverdichtern entgegengewirkt werden, wodurch die Schwingungsanregung insbesondere für die Laufradschaufeln des Laufrads der Radialverdichterstufe reduziert werden kann. Dabei kommen die erfindungsgemäßen Aspekte alternativ an einer Radialverdichterstufe zum Einsatz.With each of the above two aspects of the invention can be counteracted simple and reliable asynchronous suggestions of open wheels in radial compressors, whereby the vibration excitation can be reduced in particular for the impeller blades of the impeller of the radial compressor stage. The aspects according to the invention are alternatively used on a radial compressor stage.
Der beiden obigen erfindungsgemäßen Aspekte betreffen Maßnahmen, welche die Kopplung des Radseitenraums mit dem sich zwischen dem Laufradströmungskanal und dem Diffusorströmungskanal erstreckenden Zwischenströmungskanal betreffen. Die Schwingungsanregung für die Laufradschaufeln des Laufrads der Radialverdichterstufe kann reduziert werden.The two above aspects of the invention relate to measures relating to the coupling of the wheel side space to the intermediate flow passage extending between the impeller flow passage and the diffuser flow passage. The vibration excitation for the impeller blades of the impeller of the radial compressor stage can be reduced.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des ersten und/oder zweiten erfindungsgemäßen Aspekts ist vorgesehen, dass die Strömungseintrittskanten der statorseitigen Leitschaufeln des Diffusors auf einer ersten Kreiskontur liegen, nämlich derart, dass die Strömungseintrittskanten aller statorseitigen Leitschaufeln zu den Strömungseintrittskanten der jeweils benachbarten Leitschaufeln einen identischen Abstand aufweisen. Die Strömungsaustrittskanten der statorseitigen Leitschaufeln des Diffusors liegen auf einer zweiten Kreiskontur, nämlich derart, dass an mindestens einer ersten Umfangsposition die Strömungsaustrittskante der jeweiligen statorseitigen Leitschaufel zu der Strömungsaustrittskante mindestens einer benachbarten Leitschaufeln einen anderen Abstand aufweist als an zweiten Umfangspositionen.According to an advantageous development of the first and / or second aspect of the invention, it is provided that the flow inlet edges of the stator vanes of the diffuser lie on a first circular contour, namely such that the flow inlet edges of all stator vanes have an identical distance to the flow inlet edges of the respective adjacent vanes. The flow outlet edges of the stator-side guide vanes of the diffuser lie on a second circular contour, namely such that at at least one first circumferential position the flow exit edge of the respective stator side vane has a different distance from the flow exit edge of at least one adjacent vane than at second circumferential positions.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des ersten und/oder zweiten erfindungsgemäßen Aspekts ist vorgesehen, dass mindestens eine statorseitige Leitschaufel des Diffusors eine von den anderen statorseitigen Leitschaufeln abweichende Krümmung aufweist.According to a further advantageous development of the first and / or second aspect of the invention, it is provided that at least one stator-side guide vane of the diffuser has a curvature deviating from the other stator-side guide vanes.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des ersten und/oder zweiten erfindungsgemäßen Aspekts ist vorgesehen, dass an mindestens einer ersten Umfangsposition ein zwischen benachbarten statorseitigen Leitschaufeln des Diffusors ausgebildeter Diffusorströmungskanalabschnitt einen gegenüber den an zweiten Umfangspositionen ausgebildeten Diffusorströmungskanalabschnitten abweichenden Strömungsquerschnitt aufweist.According to a further advantageous development of the first and / or second aspects of the invention, it is provided that at least one first circumferential position a diffuser flow channel section formed between adjacent stator vanes of the diffuser has a flow cross section deviating from the diffuser flow channel sections formed at second circumferential positions.
Die obigen vorteilhaften Weiterbildungen des ersten und/oder zweiten erfindungsgemäßen Aspekts betreffen Maßnahmen zur konstruktiven Gestaltung des Diffusors.The above advantageous developments of the first and / or second aspect of the invention relate to measures for constructive design of the diffuser.
Besonders bevorzugt ist eine Radialverdichterstufe, an welcher einer der erfindungsgemäßen Aspekte, welche die Kopplung des Radseitenraums mit dem Zwischenströmungskanal betriffen, in Kombination mit mindestens einer der vorteilhaften Weiterbildungen, welche die Ausgestaltung des Diffusors betreffen, zum Einsatz kommen.Particularly preferred is a radial compressor stage to which one of the aspects of the invention, which relate to the coupling of the Radseitenraums with the Zwischenströmungskanal, in combination with at least one of the advantageous developments, which relate to the configuration of the diffuser are used.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawings. Showing:
Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Radialverdichter mit mindestens einer Radialverdichterstufe.The present invention relates to a centrifugal compressor with at least one radial compressor stage.
Die Radialverdichterstufe der
Gemäß
Zwischen dem Laufströmungskanal
Die oben unter Bezugnahme auf
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung (siehe
Die Dichtung
In
Eine Radialverdichterstufe nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist in
Dieses sich in Umfangsrichtung ändernde Spaltmaß des Spalts
Die obigen Maßnahmen nach dem ersten Aspekt der Erfindung und nach dem zweiten Aspekt der Erfindung sind Alternativen, diese Maßnahmen kommen demnach nicht in Kombination miteinander zum Einsatz.The above measures according to the first aspect of the invention and according to the second aspect of the invention are alternatives, these measures are therefore not used in combination with each other.
Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung ist vorgesehen (siehe
Dabei liegen die Strömungseintrittskanten
Nach der ersten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Strömungsaustrittskanten
Dabei liegen die Strömungsaustrittskanten
Im Bereich der Strömungsaustrittskanten
Nach der ersten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung ist es in einem ersten Extremfall möglich, dass ausschließlich an einer einzigen Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals
Ebenso ist es nach der ersten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung in einem zweiten Extremfall möglich, dass an allen Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals
An den zweiten Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals
Die an der oder jeder ersten Umfangsposition positionierten statorseitigen Leitschaufeln
Nach der ersten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung wird demnach vorgeschlagen, zur Reduzierung der Gefahr instationärer Strömungsphänomene, die zu einer asynchronen Anregung der offenen Laufrädern führen können, die Strömungsaustrittskanten
In einem Extremfall können die Strömungsaustrittskanten
Wie
Dies entspricht einer Veränderung des Staffelungswinkels der statorseitigen Leitschaufeln
Diejenigen ausgewählten Leitschaufeln
Durch die obigen Maßnahmen der ersten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung kann an definierten Umfangspositionen in ungleichmäßigen Umfangsabständen eine etwas höhere oder eine etwas geringere Belastung aus die Leitschaufeln
Nach einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung (siehe
Nach der zweiten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung weist jedoch mindestens eine statorseitige Leitschaufel
Nach der zweiten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung ist es in einem ersten Extremfall möglich, dass ausschließlich eine einzige statorseitige Leitschaufel
Ebenso ist es nach der zweiten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung in einem zweiten Extremfall möglich, dass an alle statorseitige Leitschaufel
Bevorzugt ist es, die obige erste vorteilhafte Weiterbildung und die obige zweite vorteilhafte Weiterbildung in Kombination mit dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt der Erfindung zur Reduzierung der Gefahr instationärer Strömungsphänomene, die zu einer asynchronen Anregung der offenen Laufrädern führen können, an der Radialverdichterstufe einzusetzen.It is preferred to use the above first advantageous development and the above second advantageous development in combination with the first aspect or the second aspect of the invention for reducing the risk of unsteady flow phenomena that can lead to asynchronous excitation of the open wheels at the radial compressor stage.
Eine dritte vorteilhafte Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
Nach der dritten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung wird zur Reduzierung der Gefahr instationärer Strömungsphänomene, die zu einer asynchronen Anregung der offenen Laufrädern führen können, vorgeschlagen, an mindestens einer ersten Umfangsposition des Diffusorströmungskanals
So kann
Nach der dritten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung ist es in einem ersten Extremfall möglich, dass ausschließlich an einer einzigen Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals
Die Maßnahmen der dritten vorteilhaften Weiterbildung können in Kombination mit den Maßnahmen der ersten vorteilhaften Weiterbildung und/oder den Maßnahmen der zweiten vorteilhaften Weiterbildung in Kombination mit dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung zum Einsatz kommen. Bevorzugt kommen die Maßnahmen aller drei vorteilhaften Weiterbildungen in Kombination mit dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt an einer Radialverdichterstufe zum Einsatz.The measures of the third advantageous development can be used in combination with the measures of the first advantageous development and / or the measures of the second advantageous development in combination with the first or the second aspect of the invention. Preferably, the measures of all three advantageous developments in combination with the first aspect or the second aspect of a radial compressor stage are used.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- LaufradWheel
- 1111
- Laufradschaufelimpeller blade
- 1212
- Statorstator
- 1313
- LaufradströmungskanalImpeller flow channel
- 1414
- Nabenkonturhub contour
- 1515
- Statorkonturstator contour
- 1616
- StrömungseintrittskanteFlow inlet edge
- 1717
- StrömungsaustrittskanteFlow outlet edge
- 1818
- Außenflächeouter surface
- 1919
- Diffusordiffuser
- 2020
- Leitschaufelvane
- 2121
- DiffusorströmungskanalDiffuser flow channel
- 2222
- StrömungseintrittskanteFlow inlet edge
- 2323
- StrömungsaustrittskanteFlow outlet edge
- 2424
- Saugseitesuction
- 2525
- Druckseitepressure side
- 2626
- ZwischenströmungskanalBetween flow channel
- 2727
- Rückseiteback
- 2828
- Radseitenraumwheel side
- 2929
- Kreiskonturcircular contour
- 3030
- Kreiskonturcircular contour
- 3131
- SeitenwandSide wall
- 3232
- SeitenwandSide wall
- 3333
- DiffusorströmungskanalabschnittDiffuser flow channel section
- 3434
- Spaltgap
- 3535
- Außenkanteouter edge
- 3636
- Innenkanteinner edge
- 3737
- Dichtungpoetry
- 3838
- Dichtlippesealing lip
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 19502802 C2 [0004] DE 19502802 C2 [0004]
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