DE102014012765A1 - Radial compressor stage - Google Patents

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Thomas MOKULYS
Philipp JENNY
Christof SEEBASS-LINGGI
Yves BIDAUT
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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 DE 195 02 808 C2 ist der grundsätzliche Aufbau eines Radialverdichters mit mindestens einer Radialverdichterstufe bekannt. So ist in diesem Stand der Technik offenbart, dass die oder jede Radialverdichterstufe eines Radialverdichters ein gegenüber einem Stator rotierendes Laufrad aufweist, wobei das Laufrad eine Nabe und mehrere rotorseitige Laufradschaufeln umfasst. Jede Laufradschaufel des Laufrads verfügt über eine Strömungseintrittskante und eine Strömungsaustrittskante, wobei sich zwischen der Strömungseintrittskante und der Strömungsaustrittskante jeder Laufradschaufel eine Saugseite, eine Druckseite sowie eine dem Stator zugewandte Außenfläche erstreckt, wobei die Außenfläche der jeweiligen Laufradschaufel an den Stator angrenzt und der Abdichtung gegenüber dem Stator dient. Ein solches Laufrad eines Radialverdichters, bei welchem die Außenflächen der Laufradschaufeln mittelbar an den Stator angrenzen, verfügt über kein Deckband und wird auch als offenes Laufrad bezeichnet. Die Laufradschaufeln sind in einem Laufradströmungskanal positioniert, der von der Nabe des Laufrads und dem Stator begrenzt ist.From the DE 195 02 808 C2 is the basic structure of a centrifugal compressor with at least one radial compressor stage known. Thus, it is disclosed in this prior art that the or each radial compressor stage of a radial compressor comprises an impeller rotating with respect to a stator, the impeller comprising a hub and a plurality of rotor-side impeller blades. Each impeller vane of the impeller has a flow entrance edge and a flow exit edge, wherein a suction side, a pressure side, and an outer surface facing the stator extend between the flow entrance edge and the flow exit edge of each impeller vane, the outer surface of the respective impeller vane adjacent to the stator and sealing against the stator vane Stator is used. Such an impeller of a centrifugal compressor, in which the outer surfaces of the impeller blades indirectly adjacent to the stator, has no shroud and is also referred to as an open impeller. The impeller blades are positioned in an impeller flow passage delimited by the hub of the impeller and the stator.

Weiterhin ist es aus der DE 195 02 808 C2 bekannt, dass die Radialverdichterstufe einen stromabwärts des Laufrads positionierten Diffusor umfassst, der mehreren statorseitige Leitschaufeln aufweist. Jede Leitschaufeln des Diffusores verfügt über eine Strömungseintrittskante und eine Strömungsaustrittskante, wobei sich zwischen der Strömungseintrittskante und der Strömungsaustrittskante jeder Leitschaufeln eine Saugseite und eine Druckseite erstreckt. Die Leitschaufeln sind in einem vom Stator begrenzten Diffusorströmungskanal positioniert.Furthermore, it is from the DE 195 02 808 C2 It is known that the centrifugal compressor stage includes a diffuser positioned downstream of the impeller having a plurality of stator vanes. Each of the vanes of the diffuser has a flow inlet edge and a flow outlet edge, wherein a suction side and a pressure side extend between the flow inlet edge and the flow outlet edge of each guide vanes. The vanes are positioned in a diffuser flow channel defined by the stator.

Aus der DE 195 02 802 C2 kann entnommen werden, dass zwischen dem Laufrad und dem Stator der dort gezeigten Radialverdichterstufe ein sogenannter Radseitenraum ausgebildet ist, nämlich zwischen einer Rückseite des Laufrads und dem Stator. Dieser Radseitenraum ist dabei mit einem Zwischenströmungskanal verbunden, der sich zwischen dem Laufradströmungskanal und dem Diffusorströmungskanal erstreckt.From the DE 195 02 802 C2 can be seen that between the impeller and the stator of the radial compressor stage shown there is formed a so-called Radseitenraum, namely between a rear side of the impeller and the stator. This wheel side space is connected to an intermediate flow passage extending between the impeller flow passage and the diffuser flow passage.

Eine weitere Radialverdichterstufe mit einem solchen Radseitenraum ist aus der DE 10 2007 019 264 A1 bekannt.Another radial compressor stage with such a Radseitenraum is from the DE 10 2007 019 264 A1 known.

Aus der EP 2 014 925 A1 ist eine Radialverdichterstufe mit einem Diffusor bekannt, bei welchem sich der Winkelabstand von Strömungseintrittskanten zweier benachbart zueinander angeordneter Leitelemente unterscheidet vom Winkelabstand von Strömungseintrittskanten zweier anderer benachbart zueinander angeordneter Leitelemente.From the EP 2 014 925 A1 is a radial compressor stage with a diffuser known, in which the angular distance of flow inlet edges of two adjacently arranged guide elements is different from the angular distance of flow inlet edges of two other adjacently arranged guide elements.

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:

1: einen Meridionalschnitt durch eine erfindungsgemäße Radialverdichterstufe nach einem ersten Aspekt der Erfindung; 1 a meridional section through a radial compressor stage according to the invention according to a first aspect of the invention;

2: einen Axialschnitt durch die Radialverdichterstufe der 1; 2 : An axial section through the radial compressor stage of 1 ;

3: einen Axialschnitt durch eine Radialverdichterstufe nach einem zweiten Aspekt der Erfindung; und 3 : An axial section through a radial compressor stage according to a second aspect of the invention; and

4: einen Meridionalschnitt durch eine erfindungsgemäße Radialverdichterstufe nach einem dritten Aspekt der Erfindung. 4 FIG. 2: A meridional section through a radial compressor stage according to the invention according to a third aspect of the invention. FIG.

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.

1 zeigt ein Detail einer erfindungsgemäßen Radialverdichterstufe im Meridionalschnitt nach einem ersten Aspekt der Erfindung, wobei 2 einen Axialschnitt durch die Radialverdichterstufe der 1 zeigt. 1 shows a detail of a radial compressor stage according to the invention in meridional section according to a first aspect of the invention, wherein 2 an axial section through the radial compressor stage of 1 shows.

Die Radialverdichterstufe der 1 weist ein Laufrad 10 mit mehreren rotorseitigen Laufradschaufeln 11 auf. Das Laufrad 10 rotiert gegenüber einem Stator 12. Beim Stator 12 kann es sich um ein Gehäuse oder einen Statorring oder dergleichen handeln. Der Laufradschaufeln 11 sind in einem Laufradströmungskanal 13 positioniert, der von einer rotorseitigen Nabenkontur 14 und einer Statorkontur 15 begrenzt. Jede Laufradschaufel 11 weist eine Strömungseintrittskante 16 und eine Strömungsaustrittskante 17 auf. Zwischen der Strömungseintrittskante 16 und der Strömungsaustrittskante 17 jeder Laufradschaufel 11 erstreckt sich eine Druckseite, eine Saugseite sowie radial außen an der Laufradschaufel 11 eine dem Stator 12 zugewandte Außenfläche 18 der jeweiligen Laufradschaufel 11. Die Außenfläche 18 der Laufradschaufel 11 grenzt an den Stator 12 an und dient der Abdichtung gegenüber dem Stator 12. Ein solches Laufrad 10, bei welchem die Außenflächen 18 der Laufradschaufeln 11 mittelbar an den Stator 12 angrenzen, verfügt über kein Deckband und wird auch als offenes Laufrad bezeichnet.The radial compressor stage of 1 has an impeller 10 with several rotor-side impeller blades 11 on. The impeller 10 rotates with respect to a stator 12 , At the stator 12 it may be a housing or a stator ring or the like. The impeller blades 11 are in an impeller flow channel 13 positioned by a rotor-side hub contour 14 and a stator contour 15 limited. Every impeller blade 11 has a flow inlet edge 16 and a flow exit edge 17 on. Between the flow inlet edge 16 and the flow exit edge 17 every impeller blade 11 extends a pressure side, a suction side and radially outward on the impeller blade 11 one the stator 12 facing outer surface 18 the respective impeller blade 11 , The outer surface 18 the impeller blade 11 adjoins the stator 12 and serves to seal against the stator 12 , Such an impeller 10 in which the outer surfaces 18 the impeller blades 11 indirectly to the stator 12 border, has no shroud and is also referred to as an open impeller.

Gemäß 1 ist stromabwärts des Laufrads 10 ein statorseitiger Diffusor 19 positioniert. Der Diffusor 19 umfasst mehrere statorseitige Leitschaufeln 20. Die statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 sind in einem vom Stator 12 begrenzten Diffusorströmungskanal 21 positioniert, wobei jede der statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 eine Strömungseintrittskante 22 und eine Strömungsaustrittskante 23 umfasst. Zwischen der Strömungseintrittskante 22 und der Strömungsaustrittskante 23 der jeweiligen statorseitigen Leitschaufel 20 erstreckt sich eine Saugseite 24 und eine Druckseite 25 der jeweiligen Leitschaufel.According to 1 is downstream of the impeller 10 a stator-side diffuser 19 positioned. The diffuser 19 includes a plurality of stator vanes 20 , The stator-side vanes 20 of the diffuser 19 are in one of the stator 12 limited diffuser flow channel 21 positioned, wherein each of the stator vanes 20 of the diffuser 19 a flow entry edge 22 and a flow exit edge 23 includes. Between the flow inlet edge 22 and the flow exit edge 23 the respective stator-side vane 20 extends a suction side 24 and a print page 25 the respective vane.

Zwischen dem Laufströmungskanal 13, in welchem die rotorseitigen Laufradschaufeln 11 des Laufrads 10 positioniert sind, und dem Diffusorströmungskanal 21, in welchem die statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 positioniert sind, erstreckt sich ein Zwischenströmungskanal 26, über welchen in der Radialverdichterstufe verdichtetes Medium ausgehend vom Laufrad 10 in Richtung auf den Diffusor 19 strömen kann. Gemäß 1 ist zwischen einer Rückseite 27 des Laufrads 10 und dem Stator 12 ein Radseitenraum 28 ausgebildet, wobei dieser Radseitenraum 28 gemäß 1 mit dem Zwischenströmungskanal 26 über einen Spalt 34 gekoppelt ist.Between the flow channel 13 in which the rotor-side impeller blades 11 of the impeller 10 are positioned, and the diffuser flow channel 21 in which the stator-side vanes 20 of the diffuser 19 are positioned, an intermediate flow channel extends 26 , over which in the centrifugal compressor stage compressed medium starting from the impeller 10 towards the diffuser 19 can flow. According to 1 is between a back 27 of the impeller 10 and the stator 12 a wheel side room 28 formed, with this Radseitenraum 28 according to 1 with the Between flow channel 26 over a gap 34 is coupled.

Die oben unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebenen Details einer Radialverdichterstufe zählen zum Stand der Technik.The above with reference to 1 and 2 described details of a radial compressor stage are state of the art.

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 1 und 2 nachfolgend beschrieben wird, liegen alle Strömungseintrittskanten 22 aller statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 auf einer ersten Kreiskontur 29.According to a first aspect of the invention, with reference to 1 and 2 will be described below, are all flow inlet edges 22 all stator-side vanes 20 of the diffuser 19 on a first circle contour 29 ,

Dabei liegen die Strömungseintrittskanten 22 der statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 derart auf der ersten Kreiskontur 29, dass die Strömungseintrittskanten 22 aller statorseitigen Leitschaufeln 20 zu den Strömungseintrittskanten 22 der jeweils benachbarten Leitschaufeln 20 einen identischen Abstand aufweisen. Die Strömungseintrittskanten 22 der in Umfangsrichtung des Diffusorströmungskanals 21 gesehen nebeneinander positionierten Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 sind demnach in Umfangsrichtung gesehen gleich verteilt, so dass demnach sämtliche Strömungseintrittskanten 22, die auf der ersten Kreiskontur 29 liegen, zu benachbarten Strömungseintrittskanten 22 identische Umfangsabstände aufweisen.Here are the flow inlet edges 22 the stator-side vanes 20 of the diffuser 19 such on the first circle contour 29 in that the flow entry edges 22 all stator-side vanes 20 to the flow entry edges 22 the respective adjacent vanes 20 have an identical distance. The flow inlet edges 22 in the circumferential direction of the diffuser flow channel 21 seen side by side positioned vanes 20 of the diffuser 19 are therefore equally distributed in the circumferential direction, so that therefore all flow inlet edges 22 that are on the first circle contour 29 lie, to adjacent flow entry edges 22 have identical circumferential distances.

Nach dem ersten Aspekt der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Strömungsaustrittskanten 23 der statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 auf einer zweiten Kreiskontur 30 liegen.According to the first aspect of the invention is further provided that the flow outlet edges 23 the stator-side vanes 20 of the diffuser 19 on a second circular contour 30 lie.

Dabei liegen die Strömungsaustrittskanten 23 der statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 derart auf der zweiten Kreiskontur 30, dass an mindestens einer ersten Umfangsposition des Diffusorströmungskanals 21 die Strömungsaustrittskante 23 der dort positionierten, jeweiligen statorseitigen Leitschaufel 20 zu der Strömungsaustrittskante mindestens einer benachbarten Leitschaufel 20 einen anderen Abstand aufweist als an zweiten Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals 21.Here are the flow outlet edges 23 the stator-side vanes 20 of the diffuser 19 such on the second circle contour 30 in that at least a first circumferential position of the diffuser flow channel 21 the flow outlet edge 23 the respective stator-side vane positioned there 20 to the flow exit edge of at least one adjacent vane 20 has a different distance than at second circumferential positions of the diffuser flow channel 21 ,

Im Bereich der Strömungsaustrittskanten 23 ist demnach in Umfangsrichtung des Diffusorströmungskanals 21 gesehen keine Gleichverteilung der Strömungsaustrittskanten 23 vorgesehen, vielmehr ist vorzugsweise an den ersten Umfangspositionen die Gleichverteilung der Strömungsaustrittskanten 23, die alle auf der zweiten Kreiskontur 30 liegen, aufgehoben, um so der Gefahr instationärer Strömungsphänomene, die zu einer asynchronen Anregung der offenen Laufrädern führen können, zu reduzieren.In the area of the flow outlet edges 23 is therefore in the circumferential direction of the diffuser flow channel 21 seen no uniform distribution of the flow outlet edges 23 provided, but preferably at the first circumferential positions, the uniform distribution of the flow outlet edges 23 all on the second circle contour 30 lifted, so as to reduce the risk of unsteady flow phenomena, which can lead to an asynchronous excitation of the open wheels.

Nach dem ersten Aspekt der Erfindung ist es in einem ersten Extremfall möglich, dass ausschließlich an einer einzigen Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals 21 die entsprechende Strömungsaustrittskante 23 einen anderen Abstand zu den jeweils benachbarten Strömungsaustrittskanten 23 aufweist, dass hingegen an den anderen Umfangspositionen die Strömungsaustrittskanten 23 hinsichtlich ihrer Umfangspositionen gleichverteilt sind.According to the first aspect of the invention, it is possible in a first extreme case that exclusively at a single circumferential position of the diffuser flow channel 21 the corresponding flow outlet edge 23 another distance to the respective adjacent flow outlet edges 23 has, however, that on the other circumferential positions, the flow outlet edges 23 are equally distributed in terms of their circumferential positions.

Ebenso ist es nach dem ersten Aspekt der Erfindung in einem zweiten Extremfall möglich, dass an allen Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals 21 die Strömungsaustrittskanten 23 zu den jeweils benachbarten Strömungsaustrittskanten 23 jeweils unterschiedliche Abstände aufweisen.Likewise, it is possible according to the first aspect of the invention in a second extreme case that at all circumferential positions of the diffuser flow channel 21 the flow outlet edges 23 to the respective adjacent flow outlet edges 23 each have different distances.

An den zweiten Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals 21 weisen die jeweiligen statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 vorzugsweise alle identische, zweite Staffelungswinkel auf.At the second circumferential positions of the diffuser flow channel 21 have the respective stator-side vanes 20 of the diffuser 19 preferably all identical second graduation angles.

Die an der oder jeder ersten Umfangsposition positionierten statorseitigen Leitschaufeln 20 hingegen weisen vorzugsweise einen ersten Staffelungswinkel auf, der vom zweiten Staffelungswinkel abweicht, insbesondere um ±10°, bevorzugt um ±7°, besonders bevorzugt um ±5°, meist bevorzugt um ±3°.The stator vanes positioned at the or each first circumferential position 20 however, preferably have a first stagger angle which deviates from the second stagger angle, in particular by ± 10 °, preferably by ± 7 °, more preferably by ± 5 °, most preferably by ± 3 °.

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 23 ausgewählter statorseitiger Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 in Umfangsrichtung zu versetzen, vorzugsweise unter Aufhebung bzw. Unterbrechung der sonst in Umfangsrichtung des Diffusorströmungskanals 21 gesehen gleichverteilten Strömungsaustrittskanten 23.According to the first aspect of the present invention, it is therefore proposed to reduce the risk of unsteady flow phenomena, which can lead to an asynchronous excitation of the open wheels, the flow outlet edges 23 selected stator-side vanes 20 of the diffuser 19 in the circumferential direction, preferably with suspension or interruption of the otherwise in the circumferential direction of the Diffusorströmungskanals 21 seen equally distributed flow outlet edges 23 ,

In einem Extremfall können die Strömungsaustrittskanten 23 aller statorseitiger Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 zu den jeweils benachbarten Strömungsaustrittskanten 23 unterschiedliche Abstände aufweisen.In an extreme case, the flow outlet edges 23 all stator-side vanes 20 of the diffuser 19 to the respective adjacent flow outlet edges 23 have different distances.

Wie 2 entnommen werden kann, kann eine Strömungsaustrittskante 23'' (siehe gestrichelter Verlauf der in 2 rechten Leitschaufel) in Richtung auf die Druckseite 25 der jeweiligen benachbarten Leitschaufel 20 oder eine Strömungsaustrittskante 23' (siehe gestrichelter Verlauf der in 2 linken Leitschaufel) in Richtung auf die Saugseite 24 der jeweiligen benachbarten Leitschaufel 20 in Umfangsrichtung verlagert werden, und zwar derart, dass nach wie vor alle Strömungsaustrittskanten 23 auf der zweiten Kreiskontur 30 liegen.As 2 can be removed, a flow outlet edge 23 '' (see dashed line of in 2 right vane) in the direction of the pressure side 25 the respective adjacent vane 20 or a flow outlet edge 23 ' (see dashed line of in 2 left vane) in the direction of the suction side 24 the respective adjacent vane 20 be shifted in the circumferential direction, in such a way that still all flow outlet edges 23 on the second circle contour 30 lie.

Dies entspricht einer Veränderung des Staffelungswinkels der statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 an ausgewählten Umfangspositionen. An ausgewählten zweiten Umfangspositionen des Diffusors 19 verfügen die jeweiligen statorseitigen Leitschaufeln 20 über abweichende Staffelungswinkel.This corresponds to a change in the staggering angle of the stator-side guide vanes 20 of the diffuser 19 at selected circumferential positions. At selected second circumferential positions of the diffuser 19 have the respective stator-side vanes 20 about different graduation angles.

Diejenigen ausgewählten Leitschaufeln 20, die im Vergleich zu den übrigen statorseitigen Leitschaufeln 20 einen unterschiedlichen Staffelungswinkel aufweisen, sind dadurch gekennzeichnet, dass deren Staffelungswinkel insbesondere um ±10°, besonders bevorzugt um ±5°, von den Staffelungswinkeln der übrigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 abweicht.Those selected vanes 20 , compared to the other stator vanes 20 have a different staggering angle, are characterized in that their stagger angle in particular by ± 10 °, more preferably by ± 5 °, of the stagger angles of the other vanes 20 of the diffuser 19 differs.

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 20 des Diffusors 19 aufgeprägt werden. Die Gefahr instationärer Strömungsphänomene, die zu einer asynchronen Anregung der offenen Laufrädern führen können, kann so reduziert werden.By the above measures of the first aspect of the present invention, at defined circumferential positions at non-uniform circumferential distances, a slightly higher or a somewhat lower load from the guide vanes 20 of the diffuser 19 be imprinted. The danger of unsteady flow phenomena, which can lead to an asynchronous excitation of the open wheels, can thus be reduced.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung (siehe 3) wird zur Reduzierung der Gefahr instationärer Strömungsphänomene, die zu einer asynchronen Anregung der offenen Laufrädern führen können, vorgeschlagen, dass sowohl die auf der ersten Kreiskontur 29 positionierten Strömungseintrittskanten 22 der statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 als auch die auf der zweiten Kreiskontur 30 positionierten Strömungsaustrittskanten 23 der statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffsors 19 in Umfangsrichtung gleichverteilt sind, also jeweils identische Umfangsabstände aufweisen.According to a second aspect of the invention (see 3 ) is proposed to reduce the risk of unsteady flow phenomena, which can lead to an asynchronous excitation of the open wheels, that both on the first circle contour 29 positioned flow entry edges 22 the stator-side vanes 20 of the diffuser 19 as well as on the second circle contour 30 positioned flow outlet edges 23 the stator-side vanes 20 of the diffuser 19 are equally distributed in the circumferential direction, ie each having identical circumferential distances.

Nach dem zweiten Aspekt der Erfindung weist jedoch mindestens eine statorseitige Leitschaufel 20 des Diffusors 19 zwischen der Strömungseintrittskante 22 und der Strömungsaustrittskante 23 eine abweichende Krümmung auf, nämlich eine Saugseite 24' und eine Druckseite 25' mit gegenüber den anderen Leitschaufeln 20 abweichender Krümmung. Dies ist in 3 durch den gestrichelten Verlauf für die mittlere Leitschaufel 20 gezeigt.According to the second aspect of the invention, however, has at least one stator vane 20 of the diffuser 19 between the flow inlet edge 22 and the flow exit edge 23 a different curvature, namely a suction side 24 ' and a print page 25 ' with respect to the other vanes 20 deviating curvature. This is in 3 by the dashed curve for the middle vane 20 shown.

Nach dem zweiten Aspekt der Erfindung ist es in einem ersten Extremfall möglich, dass ausschließlich eine einzige statorseitige Leitschaufel 20 des Diffusors 19 eine abweichende Krümmung aufweist, dass hingegen alle anderen statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 identische Krümmungen aufweisen.According to the second aspect of the invention, it is possible in a first extreme case that only a single stator vane 20 of the diffuser 19 has a different curvature, however, that all other stator vanes 20 of the diffuser 19 have identical curvatures.

Ebenso ist es nach dem zweiten Aspekt der Erfindung in einem zweiten Extremfall möglich, dass an alle statorseitige Leitschaufel 20 des Diffusors 19 voneinander abweichende Krümmungen aufweisen.Likewise, according to the second aspect of the invention, in a second extreme case, it is possible to apply to all stator vane 20 of the diffuser 19 have different curvatures.

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 4 erörtert.A third aspect of the present invention will be described below with reference to FIG 4 discussed.

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 21 einen zwischen benachbarten statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 ausgebildeten Diffusorströmungskanalabschnitt 33 derart zu verändern, dass derselbe gegenüber den an zweiten Umfangspositionen ausgebildeten Diffusorströmungskanalabschnitten einen abweichenden Strömungsquerschnitt aufweist.According to the third aspect of the invention, in order to reduce the risk of unsteady flow phenomena which may lead to asynchronous excitation of the open wheels, it is proposed to provide at least a first circumferential position of the diffuser flow channel 21 one between adjacent stator vanes 20 of the diffuser 19 formed diffuser flow channel section 33 to change such that it has a different flow cross-section with respect to the diffuser flow channel sections formed at second circumferential positions.

So kann 4 entnommen werden, dass an einer ersten Umfangsposition des Diffusors 19 zwischen benachbarten statorseitigen Leitschaufeln 20 der jeweilige Diffusorströmungskanalabschnitt 33 einen reduzierten Strömungsquerschnitt aufweist, nämlich dadurch, das den jeweiligen Diffusorströmungskanalabschnitt 33 begrenzende, statorseitige Seitenwände 31, 32 unter Verringerung des Strömungsquerschnitts des jeweiligen Diffusorströmungskanalabschnitts 33 nach innen hinein gewölbt sind. Es sei darauf hingewiesen, dass auch lediglich eine dieser statorseitigen, dem jeweiligen Diffusorströmungskanalabschnitt 33 begrenzenden Seitenwände 31, 32 in den jeweiligen Diffusorströmungskanalabschnitt 33 hinein gewölbt sein kann. Ebenso ist es möglich, an ausgewählten Umfangspositionen den jeweiligen Diffusorströmungskanalabschnitt bezüglich seines Strömungsquerschnitts aufzuweiten, wobei dann mindestens eine dieser Seitenwände 31, 32 nach außen in den Stator 12 hinein gewölbt ist.So can 4 be taken that at a first circumferential position of the diffuser 19 between adjacent stator vanes 20 the respective diffuser flow channel section 33 has a reduced flow cross-section, namely, characterized in that the respective diffuser flow channel section 33 limiting, stator side walls 31 . 32 while reducing the flow area of the respective diffuser flow channel section 33 are curved inwards. It should be pointed out that only one of these stator-side, the respective diffuser flow channel section 33 bounding sidewalls 31 . 32 into the respective diffuser flow channel section 33 can be arched into it. It is likewise possible to widen the respective diffuser flow channel section with respect to its flow cross section at selected circumferential positions, in which case at least one of these side walls 31 . 32 out into the stator 12 is arched into it.

Nach dem dritten Aspekt ist es in einem ersten Extremfall möglich, dass ausschließlich an einer einzigen Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals 21 der entsprechende Diffusorströmungskanalabschnitt 33 einen abweichenden Strömungsquerschnitt aufweist, dass hingegen aller anderen Diffusorströmungskanalabschnitte 33 identische Strömungsquerschnitte aufweisen.According to the third aspect, it is possible in a first extreme case that exclusively at a single circumferential position of the diffuser flow channel 21 the corresponding diffuser flow channel section 33 has a different flow cross-section that, however, all other diffuser flow channel sections 33 have identical flow cross sections.

Ebenso ist es nach dem dritten Aspekt der Erfindung in einem zweiten Extremfall möglich, dass an allen Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals 21 die Diffusorströmungskanalabschnitte 33 jeweils unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen. Likewise, according to the third aspect of the invention, in a second extreme case it is possible that at all circumferential positions of the diffuser flow channel 21 the diffuser flow channel sections 33 each have different flow cross-sections.

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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Claims (6)

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, dadurch gekennzeichnet, dass Strömungseintrittskanten (22) der statorseitigen Leitschaufeln (20) auf einer ersten Kreiskontur (29) liegen, 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) auf einer zweiten Kreiskontur (30) liegen, 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.Radial compressor stage, the one opposite a stator ( 12 ) rotating impeller ( 10 ) with a plurality of rotor-side impeller blades ( 11 ) and one downstream of the impeller ( 10 ) positioned diffuser ( 19 ) with a plurality of stator-side vanes ( 20 ), and wherein between the impeller ( 10 ) and the stator ( 12 ) a Radseitenraum ( 28 ) is formed, characterized in that flow inlet edges ( 22 ) of the stator-side vanes ( 20 ) on a first circular contour ( 29 ), namely such that the flow entry edges ( 22 ) of all stator-side vanes ( 20 ) to the flow entry edges ( 22 ) of the respective adjacent guide vanes ( 20 ) have an identical distance; Flow outlet edges ( 23 ) of the stator-side vanes ( 20 ) on a second circular contour ( 30 ), 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 exit edge ( 23 ) at least one adjacent guide vanes ( 20 ) has a different distance than at second circumferential positions. Radialverdichterstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den zweiten Umfangspositionen die jeweiligen statorseitigen Leitschaufeln (20) alle identische, zweite Staffelungswinkel aufweisen; und an der oder jeder ersten Umfangspositionen die jeweilige statorseitigen Leitschaufeln (20) einen ersten Staffelungswinkel aufweist, der vom zweiten Staffelungswinkel abweicht.Radial compressor stage according to claim 1, characterized in that at the second circumferential positions the respective stator-side guide vanes ( 20 ) all have identical second stagger angles; and at the or each first circumferential position, the respective stator-side vanes ( 20 ) has a first stagger angle that deviates from the second stagger angle. Radialverdichterstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, der erste Staffelungswinkel vom zweiten Staffelungswinkel um ±10°, bevorzugt um ±7°, besonders bevorzugt um ±5°, abweicht.Radial compressor stage according to claim 2, characterized in that, the first grading angle deviates from the second grading angle by ± 10 °, preferably by ± 7 °, particularly preferably by ± 5 °. 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, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine statorseitige Leitschaufel (20) eine von den anderen statorseitigen Leitschaufeln (20) abweichende Krümmung aufweist.Radial compressor stage, the one opposite a stator ( 12 ) rotating impeller ( 10 ) with a plurality of rotor-side impeller blades ( 11 ) and one downstream of the impeller ( 10 ) positioned diffuser ( 19 ) with a plurality of stator-side vanes ( 20 ), and wherein between the impeller ( 10 ) and the stator ( 12 ) a Radseitenraum ( 28 ), characterized in that at least one stator vane ( 20 ) one of the other stator-side vanes ( 20 ) has a different curvature. 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, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer ersten Umfangsposition ein zwischen benachbarten statorseitigen Leitschaufeln (20) ausgebildeter Diffusorströmungskanalabschnitt (33) einen gegenüber den an zweiten Umfangspositionen ausgebildeten Diffusorströmungskanalabschnitten abweichenden Strömungsquerschnitt aufweist.Radial compressor stage, the one opposite a stator ( 12 ) rotating impeller ( 10 ) with a plurality of rotor-side impeller blades ( 11 ) and one downstream of the impeller ( 10 ) positioned diffuser ( 19 ) with a plurality of stator-side vanes ( 20 ), and wherein between the impeller ( 10 ) and the stator ( 12 ) a Radseitenraum ( 28 ), characterized in that at at least one first circumferential position a between adjacent stator-side vanes ( 20 ) formed diffuser flow channel section ( 33 ) has a flow cross section deviating from the diffuser flow channel sections formed at second circumferential positions. Radialverdichterstufe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber den zweiten Umfangspositionen an der oder jeder ersten Umfangsposition zwischen den benachbarten statorseitigen Leitschaufeln (20) mindestens eine den Diffusorströmungskanalabschnitt (33) begrenzende Seitenwand (31, 32) unter Verringerung des Strömungsquerschnitts nach innen in den Diffusorströmungskanalabschnitt (33) hinein und/oder unter Vergrößerung des Strömungsquerschnitts nach außen in den Stator (12) hinein gewölbt ist.Radial compressor stage according to claim 5, characterized in that opposite to the second circumferential positions at the or each first circumferential position between the adjacent stator-side vanes ( 20 ) at least one of the diffuser flow channel section ( 33 ) limiting sidewall ( 31 . 32 ) while reducing the flow area inwardly into the diffuser flow channel section (FIG. 33 ) and / or under enlargement of the flow cross-section to the outside in the stator ( 12 ) is arched into it.
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