DE102014012765A1 - 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. Strömungseintrittskanten (22) der statorseitigen Leitschaufeln (20) liegen auf einer ersten Kreiskontur, nämlich derart, dass die Strömungseintrittskanten (22) aller statorseitigen Leitschaufeln (20) zu den Strömungseintrittskanten (22) der jeweils benachbarten Leitschaufeln (20) einen identischen Abstand aufweisen. Strömungsaustrittskanten (23) der statorseitigen Leitschaufeln (20) liegen auf einer zweiten Kreiskontur, nämlich derart, dass an mindestens einer ersten Umfangsposition die Strömungsaustrittskante (23) der jeweiligen statorseitigen Leitschaufel (20) zu der Strömungsaustrittskante (23) mindestens einer benachbarten Leitschaufeln (20) einen anderen Abstand aufweist als an zweiten Umfangspositionen.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) has a Radseitenraum (28) is formed. Flow inlet edges (22) of the stator vanes (20) lie on a first circular contour, namely such that the flow inlet edges (22) of all the stator vanes (20) to the flow inlet edges (22) of the respective adjacent vanes (20) have an identical distance. Flow outlet edges (23) of the stator vanes (20) lie on a second circular contour, namely such that at at least one first circumferential position the flow outlet edge (23) of the respective stator side vane (20) to the flow outlet edge (23) of at least one adjacent vanes (20) has a different distance than at second circumferential positions.
Description
Die Erfindung betrifft eine Radialverdichterstufe für einen Radialverdichter gemäß dem Oberbergriff des Anspruchs 1, 4 bzw. 5.The invention relates to a radial compressor stage for a radial compressor according to the Oberbergriff of claim 1, 4 and 5 respectively.
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 liegen die Strömungseintrittskanten der statorseitigen Leitschaufeln des Diffusors auf einer ersten Kreiskontur, 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.This object is achieved according to a first aspect of the invention by a radial compressor stage according to claim 1. Thereafter, 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 the 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 outlet edge of the respective stator-side vane to the flow outlet edge of at least one adjacent vanes has a different distance than at second circumferential positions.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Radialverdichterstufe nach Anspruch 4 gelöst. Hiernach weist mindestens eine statorseitige Leitschaufel des Diffusors eine von den anderen statorseitigen Leitschaufeln abweichende Krümmung auf.According to a second aspect of the invention, this object is achieved by a radial compressor stage according to claim 4. After this, at least one stator-side guide vane of the diffuser has a curvature deviating from the other stator-side guide vanes.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Radialverdichterstufe nach Anspruch 5 gelöst. Hiernach weist an mindestens einer ersten Umfangsposition ein zwischen benachbarten statorseitigen Leitschaufeln des Diffusors ausgebildeter Diffusorströmungskanalabschnitt einen gegenüber den an zweiten Umfangspositionen ausgebildeten Diffusorströmungskanalabschnitten abweichenden Strömungsquerschnitt auf.According to a third aspect of the invention, this object is achieved by a radial compressor stage according to claim 5. Hereinafter, at least a first circumferential position, a diffuser flow channel section formed between adjacent stator-side guide vanes of the diffuser has a flow cross-section deviating from the diffuser flow channel sections formed at second circumferential positions.
Mit jedem der 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.With any of the above aspects of the invention, asynchronous excitations of open wheels in radial compressors can be easily and reliably counteracted, whereby the vibration excitation can be reduced in particular for the impeller blades of the impeller of the radial compressor stage.
Dabei können die obigen erfindungsgemäßen Aspekte entweder alleine oder bevorzugt in Kombination mehrerer solcher erfindungsgemäßer Aspekte an einer Radialverdichterstufe zum Einsatz kommen.In this case, the above aspects of the invention can be used either alone or preferably in combination of several such inventive aspects of a radial compressor stage.
Die obigen erfindungsgemäßen Aspekte betreffen allesamt Maßnahmen zur konstruktiven Gestaltung des Diffusors.The above aspects of the invention all relate to structural design of the diffuser.
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
Die Erfindung betrifft nun solche Details einer Radialverdichterstufe, mit Hilfe derer die Gefahr instationärer Strömungsphänomene, die zu einer asynchronen Anregung der offenen Laufrädern führen können, reduziert werden kann.The invention now relates to such details of a centrifugal compressor stage, with the help of which the risk of transient flow phenomena, which can lead to an asynchronous excitation of the open wheels, can be reduced.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung, der unter Bezugnahme auf
Dabei liegen die Strömungseintrittskanten
Nach dem ersten Aspekt der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Strömungsaustrittskanten
Dabei liegen die Strömungsaustrittskanten
Im Bereich der Strömungsaustrittskanten
Nach dem ersten Aspekt der Erfindung ist es in einem ersten Extremfall möglich, dass ausschließlich an einer einzigen Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals
Ebenso ist es nach dem ersten Aspekt 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 dem ersten Aspekt der hier vorliegenden 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 des ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung kann an definierten Umfangspositionen in ungleichmäßigen Umfangsabständen eine etwas höhere oder eine etwas geringere Belastung aus die Leitschaufeln
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung (siehe
Nach dem zweiten Aspekt der Erfindung weist jedoch mindestens eine statorseitige Leitschaufel
Nach dem zweiten Aspekt der Erfindung ist es in einem ersten Extremfall möglich, dass ausschließlich eine einzige statorseitige Leitschaufel
Ebenso ist es nach dem zweiten Aspekt der Erfindung in einem zweiten Extremfall möglich, dass an alle statorseitige Leitschaufel
Bevorzugt ist es, den ersten Aspekt der Erfindung und den zweiten Aspekt der Erfindung in Kombination miteinander 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 first aspect of the invention and the second aspect of the invention in combination with one another to reduce the risk of transient flow phenomena that can lead to asynchronous excitation of the open wheels on the centrifugal compressor stage.
Ein dritter Aspekt der hier vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
Nach dem dritten Aspekt 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 dem dritten Aspekt ist es in einem ersten Extremfall möglich, dass ausschließlich an einer einzigen Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals
Ebenso ist es nach dem dritten Aspekt der Erfindung in einem zweiten Extremfall möglich, dass an allen Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals
Die Maßnahmen des dritten Aspekts können in Kombination mit den Maßnahmen des ersten Aspekts und/oder den Maßnahmen des zweiten Aspekts zum Einsatz kommen. Bevorzugt kommen die Maßnahmen des dritten Aspekts in Kombination mit den Maßnahmen des ersten Aspekts und mit den Maßnahmen des zweiten Aspekts an einer Radialverdichterstufe zum Einsatz.The measures of the third aspect can be used in combination with the measures of the first aspect and / or the measures of the second aspect. The measures of the third aspect are preferably used in combination with the measures of the first aspect and with the measures of the second aspect on a radial compressor stage.
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
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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