DE102022111573A1 - Centrifugal compressor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter (1) mit einer Radialverdichterstufe (10), wobei die Radialverdichterstufe (10) ein Laufrad (31), eine Welle (32) und einen einen Diffusor (20) aufweisenden Stator (15) aufweist und das Laufrad (31) auf der Welle (32) angeordnet ist, sodass es von dieser antreibbar ist, das Laufrad (31) ein Laufradgehäuse (12) aufweist, wobei das Laufradgehäuse (12) fluidtechnisch mit dem Stator (15) verbunden ist, der Diffusor (20) ein Diffusorgehäuse (211) mit einem Diffusorgehäusedeckel (23) aufweist, wobei das Diffusorgehäuse (211) auf seiner dem Diffusorgehäusedeckel (23) gegenüberliegenden Seite mit dem Diffusorschaufelkranz (22) verschlossen ist, sodass zwischen dem Diffusorgehäusedeckel (23) und dem Diffusorschaufelkranz (22) ein Diffusorkanal (24) gebildet ist. Der der Diffusorschaufelkranz (22) weist voneinander beabstandete mit dem Diffusorschaufelkranz (22) verbundene Leitschaufeln (21) auf, die in der axialen Richtung entlang des Normalenvektors der Oberfläche des Diffusorschaufelkranzes (22) translatorisch beweglich gelagert sind. Damit wird die Aufgabe gelöst einen Radialverdichter (1) bereitzustellen, der eine erweiterte Pumpgrenze aufweist.The invention relates to a radial compressor (1) with a radial compressor stage (10), the radial compressor stage (10) having an impeller (31), a shaft (32) and a stator (15) having a diffuser (20), and the impeller (31 ) is arranged on the shaft (32) so that it can be driven by it, the impeller (31) has an impeller housing (12), the impeller housing (12) being fluidly connected to the stator (15), the diffuser (20) has a diffuser housing (211) with a diffuser housing cover (23), the diffuser housing (211) being closed on its side opposite the diffuser housing cover (23) with the diffuser blade ring (22), so that between the diffuser housing cover (23) and the diffuser blade ring (22) a diffuser channel (24) is formed. The diffuser blade ring (22) has spaced apart guide vanes (21) connected to the diffuser blade ring (22), which are mounted in a translationally movable manner in the axial direction along the normal vector of the surface of the diffuser blade ring (22). This solves the problem of providing a radial compressor (1) which has an extended surge limit.
Description
Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter mit einer Radialverdichterstufe, wobei die Radialverdichterstufe ein Laufrad, eine Welle und einen einen Diffusor aufweisenden Stator aufweist und das Laufrad auf der Welle angeordnet ist, sodass es von dieser antreibbar ist. Das Laufrad weist ein fluidtechnisch mit dem Stator verbundenes Laufradgehäuse auf. Der Diffusor weist ein Diffusorgehäuse mit einem Diffusorgehäusedeckel auf, wobei das Diffusorgehäuse auf seiner dem Diffusorgehäusedeckel gegenüberliegenden Seite mit dem Diffusorschaufelkranz verschlossen ist, sodass zwischen dem Diffusorgehäusedeckel und dem Diffusorschaufelkranz ein Diffusorkanal gebildet ist. Der Diffusorkanal weist einen Eingangsbereich entlang seines Umfangs auf, der auf dem inneren Radius des Diffusorschaufelkranzes angeordnet ist sowie einen Ausgangsbereich entlang seines Umfangs, der auf dem äußeren Radius des Diffusorschaufelkranzes angeordnet ist. Der Diffusorschaufelkranz weist voneinander beabstandete und mit dem Diffusorschaufelkranz verbundene Leitschaufeln auf.The invention relates to a radial compressor with a radial compressor stage, the radial compressor stage having an impeller, a shaft and a stator having a diffuser, and the impeller is arranged on the shaft so that it can be driven by it. The impeller has an impeller housing that is fluidly connected to the stator. The diffuser has a diffuser housing with a diffuser housing cover, the diffuser housing being closed with the diffuser blade ring on its side opposite the diffuser housing cover, so that a diffuser channel is formed between the diffuser housing cover and the diffuser blade ring. The diffuser channel has an entrance region along its circumference, which is arranged on the inner radius of the diffuser blade ring, and an exit region along its circumference, which is arranged on the outer radius of the diffuser blade ring. The diffuser blade ring has guide vanes that are spaced apart from one another and connected to the diffuser blade ring.
Radialverdichter verdichten Fluide auf einen gewünschten Druck. Das zu komprimierende Fluid wird in den Radialverdichter eingeleitet und von einem auf einer Welle befestigten Laufrad angesaugt, wo es in Rotation versetzt und in radialer Richtung umgelenkt wird. Das beschleunigte Fluid durchströmt anschließend einen Diffusor, in dem seine kinetische Energie reduziert und in potentielle Energie in Form von statischem Druck umgewandelt wird. Das komprimierte Fluid wird daraufhin abgeführt oder, im Falle mehrerer Radialverdichterstufen, einer weiteren Radialverdichterstufe zugeführt. Bei mehrstufigen Radialverdichtern können die Laufräder der einzelnen Radialverdichterstufen auf einer Welle oder auf mehreren Wellen angeordnet sein.Centrifugal compressors compress fluids to a desired pressure. The fluid to be compressed is introduced into the radial compressor and sucked in by an impeller attached to a shaft, where it is set in rotation and deflected in the radial direction. The accelerated fluid then flows through a diffuser in which its kinetic energy is reduced and converted into potential energy in the form of static pressure. The compressed fluid is then removed or, in the case of several radial compressor stages, fed to another radial compressor stage. In multi-stage radial compressors, the impellers of the individual radial compressor stages can be arranged on one shaft or on several shafts.
Die
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Radialverdichter bereitzustellen, der eine erweiterte Pumpgrenze aufweist.Proceeding from this, the object of the invention is to provide a radial compressor which has an extended surge limit.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.This task is solved by the subject matter of patent claim 1. Preferred further training can be found in the subclaims.
Erfindungsgemäß ist also ein Radialverdichter vorgesehen mit einer Radialverdichterstufe, wobei die Radialverdichterstufe ein Laufrad, eine Welle und einen einen Diffusor aufweisenden Stator aufweist und das Laufrad auf der Welle angeordnet ist, sodass es von dieser antreibbar ist, das Laufrad ein Laufradgehäuse aufweist, wobei das Laufradgehäuse fluidtechnisch mit dem Stator verbunden ist, der Diffusor ein Diffusorgehäuse mit einem Diffusorgehäusedeckel aufweist, wobei das Diffusorgehäuse auf seiner dem Diffusorgehäusedeckel gegenüberliegenden Seite mit dem Diffusorschaufelkranz verschlossen ist, sodass zwischen dem Diffusorgehäusedeckel und dem Diffusorschaufelkranz ein Diffusorkanal gebildet ist, wobei der Diffusorkanal einen Eingangsbereich entlang seines Umfangs aufweist, der auf dem inneren Radius des Diffusorschaufelkranzes angeordnet ist, der Diffusorkanal einen Ausgangsbereich entlang seines Umfangs aufweist, der auf dem äußeren Radius des Diffusorschaufelkranzes angeordnet ist, und der Diffusorschaufelkranz voneinander beabstandete mit dem Diffusorschaufelkranz verbundene Leitschaufeln aufweist, wobei die Leitschaufeln in der axialen Richtung entlang des Normalenvektors der Oberfläche des Diffusorschaufelkranzes translatorisch beweglich gelagert sind.According to the invention, a radial compressor is therefore provided with a radial compressor stage, the radial compressor stage having an impeller, a shaft and a stator having a diffuser and the impeller is arranged on the shaft so that it can be driven by it, the impeller has an impeller housing, the impeller housing is fluidly connected to the stator, the diffuser has a diffuser housing with a diffuser housing cover, the diffuser housing being closed on its side opposite the diffuser housing cover with the diffuser blade ring, so that a diffuser channel is formed between the diffuser housing cover and the diffuser blade ring, the diffuser channel having an entrance area along it Circumference, which is arranged on the inner radius of the diffuser blade ring, the diffuser channel has an exit region along its circumference, which is arranged on the outer radius of the diffuser blade ring, and the diffuser blade ring has spaced apart guide vanes connected to the diffuser blade ring, the guide vanes in the axial Direction along the normal vector of the surface of the diffuser blade ring are mounted in a translationally movable manner.
Somit wird ein Radialverdichter mit einer Radialverdichterstufe bereitgestellt, der durch das translatorische Bewegen der Leitschaufeln das Ein- und Ausfahren derselben in den Diffusorkanal ermöglicht. Diese Wechselmöglichkeit zwischen einem unbeschaufelten und einem beschaufelten Diffusor erweitert die Pumpgrenze des Radialverdichters. So sind die Einschränkungen eines beschaufelten Diffusors in einem Überlastbetriebsbereich, der sich durch hohe Massenströme auszeichnet, insoweit nicht vorhanden, als dass die durchströmte Fläche des Diffusors durch die aus dem Diffusorkanal ausgefahrenen Leitschaufeln nicht reduziert wird. Ebenso wird der Betriebsbereich des Radialverdichters bei kleinen Massenströmen durch die in den Diffusorkanal eingefahrenen Leitschaufeln dahingehend erweitert, dass Strömungsablösungen später einsetzen und die damit vorteilhafter geführte Strömung den Wirkungsgrad des Radialverdichters erhöht. Die Pumpgrenze teilt das Verdichter-Kennfeld in einen stabilen und einen instabilen Bereich. Pumpen tritt auf, wenn der Betriebspunkt des Radialverdichters durch Verminderung des Durchsatzes oder durch Anstieg des Enddruckes in den instabilen Bereich gerät. In Verdichter-Kennfeldern ist das Betriebsverhalten des Radialverdichters über einen weiten Betriebsbereich hinterlegt.A radial compressor with a radial compressor stage is thus provided, which enables the guide vanes to be moved in and out of the diffuser channel by the translational movement. This option to switch between a non-bladed and a bladed diffuser extends the pumping limit of the centrifugal compressor. The limitations of a bladed diffuser in an overload operating range, which is characterized by high mass flows, are not present in that the area of the diffuser through which the flow passes is not reduced by the guide vanes extended from the diffuser channel. Likewise, the operating range of the radial compressor at small mass flows is expanded by the guide vanes retracted into the diffuser channel in such a way that flow separations begin later and the flow, which is thus guided more advantageously, increases the efficiency of the radial compressor. The surge limit divides the compressor map into a stable and an unstable area. Surging occurs when the operating point of the centrifugal compressor is reduced by a decrease in flow rate or by an increase in flow rate Final pressure gets into the unstable area. The operating behavior of the centrifugal compressor is stored in compressor maps over a wide operating range.
Grundsätzlich können die Konturen von Diffusorgehäusedeckel und Diffusorschaufelkranz verschieden zueinander verlaufen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass Diffusorgehäusedeckel und der Diffusorschaufelkranz parallel zueinander verlaufen. Diese Ausführungsform eines Diffusors ist auch als parallelwandiger Diffusor bekannt.In principle, the contours of the diffuser housing cover and diffuser blade ring can be different from one another. According to a preferred development of the invention, however, it is provided that the diffuser housing cover and the diffuser blade ring run parallel to one another. This embodiment of a diffuser is also known as a parallel-walled diffuser.
Es ist möglich, dass der Diffusorschaufelkranz mit verschiedenen Reihen Leitschaufeln ausgebildet ist. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Diffusorschaufelkranz jedoch Leitschaufeln auf, die wenigstens zweireihig ausgeführt sind, sodass wenigstens eine zweite Reihe Leitschaufeln einen größeren Radius auf dem Diffusorschaufelkranz aufweist, als eine erste Reihe Leitschaufeln. Dadurch ist es möglich den Strömungswinkel an den Massenstrom anzupassen und die Pumpgrenze zusätzlich hin zu einem Teillastbetrieb zu erweitern. Darüber hinaus ist es auch möglich, zusätzlich weitere Reihen von Leitschaufeln auf anderen Radien vorzusehen, so dass die Leitschaufeln z.B. dreireihig oder vierreihig ausgeführt sind.It is possible for the diffuser blade ring to be designed with different rows of guide blades. According to a preferred development of the invention, however, the diffuser blade ring has guide blades which are designed in at least two rows, so that at least a second row of guide blades has a larger radius on the diffuser blade ring than a first row of guide blades. This makes it possible to adapt the flow angle to the mass flow and also extend the surge limit to include partial load operation. In addition, it is also possible to provide additional rows of guide vanes on different radii, so that the guide vanes are designed, for example, in three or four rows.
Prinzipiell können die Leitschaufeln auf verschiedene Arten in den Diffusorkanal eingefahren werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass der Stator einen fluidtechnisch mit dem Ausgangsbereich des Diffusors verbundenen Austritt aufweist, der Diffusorschaufelkranz Schaufelkammern auf der dem Diffusorkanal abgewandten Seite zur Aufnahme der Leitschaufeln aufweist und die Schaufelkammern derart fluidtechnisch mit dem Austritt verbunden sind, dass das Fluid ab einem vorbestimmten Druckdifferenzwert dem Druckgefälle folgend strömen kann, sodass die Leitschaufeln aus den Schaufelkammern im Diffusorschaufelkranz mittels der Druckdifferenz ausgefahren werden. Das Austrittsdruck bedingte Einfahren der Leitschaufeln in den Diffusorkanal ermöglicht das Wechseln des Diffursors von einem unbeschaufelten in einen beschaufelten Betrieb ohne zusätzliche Steuerung. Allein aufgrund der in dem Radialverdichter herrschenden Druckverhältnisse regelt der Radialverdichter sich automatisch hin zu einer vorteilhafteren, dem Massenstrom angepassten Diffusorkonfiguration.In principle, the guide vanes can be retracted into the diffuser channel in various ways. According to a preferred development of the invention, however, it is provided that the stator has an outlet which is fluidly connected to the output region of the diffuser, the diffuser blade ring has blade chambers on the side facing away from the diffuser channel for receiving the guide blades and the blade chambers are fluidly connected to the outlet in such a way that the fluid can flow following the pressure gradient from a predetermined pressure difference value, so that the guide vanes are extended from the blade chambers in the diffuser blade ring by means of the pressure difference. The exit pressure-related retraction of the guide vanes into the diffuser channel enables the diffuser to be changed from unbladed to bladed operation without additional control. Based solely on the pressure conditions prevailing in the radial compressor, the radial compressor automatically regulates itself towards a more advantageous diffuser configuration that is adapted to the mass flow.
Grundsätzlich kann eine Leitschaufel auf verschiedene Weisen gestoppt sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Leitschaufel in in die Schaufelkammer eingefahrener Position durch eine Führung derart gestoppt ist, dass zwischen Leitschaufelboden und Schaufelkammerboden ein Hohlraum ausgebildet ist. Dieser Hohlraum ermöglicht dem unter Druck stehenden einströmenden Fluid in die Schaufelkammern einzuströmen, sich auszudehnen und die Leitschaufeln in den Diffusorkanal einzufahren.Basically, a guide vane can be stopped in different ways. According to a preferred development of the invention, however, it is provided that the guide blade is stopped in the position retracted into the blade chamber by a guide in such a way that a cavity is formed between the guide blade base and the blade chamber base. This cavity allows the pressurized incoming fluid to flow into the blade chambers, expand, and retract the vanes into the diffuser channel.
Es ist möglich die versenkte Leitschaufeln auf verschiedene Arten gegen den Diffusorkanal abzudichten. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die in der Schaufelkammer versenkte Leitschaufel mit einer Dichtnut abzudichten, die entlang des Randes der Schaufelkammer verläuft, gegen den Diffusorkanal abgedichtet ist und nicht in diesen hineinragt. Durch die umlaufende Dichtnut wird ein Druckausgleich zwischen dem in den Schaufelkammern und dem im Diffusorkanal herrschenden Druck verhindert. Zusätzlich werden Störungen der Strömung am Übergang des Diffusorkanals zu den Schaufelkammern mit den versenkten Leitschaufeln vermieden.It is possible to seal the recessed guide vanes from the diffuser channel in various ways. According to a preferred development of the invention, however, it is provided that the guide vane sunk in the blade chamber is to be sealed with a sealing groove which runs along the edge of the blade chamber, is sealed against the diffuser channel and does not protrude into it. The circumferential sealing groove prevents pressure equalization between the pressure in the blade chambers and the pressure in the diffuser channel. In addition, disruptions to the flow at the transition from the diffuser channel to the blade chambers with the recessed guide blades are avoided.
Prinzipiell ist es bei mehreren Radialverdichterstufen möglich verschiedene Positionen entlang des Strömungspfades innerhalb des Radialverdichters fluidtechnisch mit den Schaufelkammern zu verbinden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass bei mehreren Radialverdichterstufen, wobei vor dem Laufrad der ersten Radialverdichterstufe ein Eintritt angeordnet ist, der Eintritt fluidtechnisch mit dem Laufrad in Verbindung steht, in den folgenden Radialverdichterstufen der Austritt der jeweils vorherigen Radialverdichterstufe fluidtechnisch mit dem Laufrad der folgenden Radialverdichterstufe bis hin zu einer vorletzten Radialverdichterstufe verbunden ist und der Austritt der letzten Radialverdichterstufe derart fluidtechnisch mit den Schaufelkammern der Diffusorschaufelkränze verbunden ist, dass das Fluid ab einem vorbestimmten Druckdifferenzwert dem Druckgefälle folgend strömen kann, sodass die Leitschaufeln aus den Schaufelkammern im Diffusorschaufelkranz mittels der Druckdifferenz ausfahrbar sind. Die Verwendung des letzten Austritts bei mehreren Radialverdichterstufen trägt dazu bei, dass das Fluid den benötigten Druck zum Überschreiten des vorbestimmten Druckdifferenzwerts aufweist und somit die Leitschaufeln ausgefahren werden können.In principle, with several radial compressor stages, it is possible to fluidly connect different positions along the flow path within the radial compressor to the blade chambers. According to a preferred development of the invention, however, it is provided that in the case of several radial compressor stages, an inlet being arranged in front of the impeller of the first radial compressor stage, the inlet is fluidly connected to the impeller, and in the following radial compressor stages the outlet of the previous radial compressor stage is fluidly connected to the Impeller of the following radial compressor stage up to a penultimate radial compressor stage is connected and the outlet of the last radial compressor stage is fluidly connected to the blade chambers of the diffuser blade rings in such a way that the fluid can flow following the pressure gradient from a predetermined pressure difference value, so that the guide blades from the blade chambers in the diffuser blade ring by means the pressure difference can be extended. The use of the last outlet in several radial compressor stages contributes to the fluid having the required pressure to exceed the predetermined pressure difference value and thus the guide vanes can be extended.
Grundsätzlich kann das Fluid auf verschiedene Arten zu den Schaufelkammern strömen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Schaufelkammern mittels eines als T-Ventil ausgestalteten Überdruckventils fluidtechnisch mit dem Austritt und mit der Umgebung verbunden sind.In principle, the fluid can flow to the blade chambers in various ways. According to a preferred development of the invention, however, it is provided that the blade chambers are fluidly connected to the outlet and to the environment by means of a pressure relief valve designed as a T-valve.
Prinzipiell können die Leitschaufeln gleichzeitig bewegbar sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Schaufelkammern derart mit Überdruckventilen versehen sind, dass einzelne und/oder mehrere Leitschaufeln bei unterschiedlichen Druckdifferenzen translatorisch beweglich sind. Dadurch ist es möglich sogenannte Low-Solidity-Diffusor-Konfigurationen zu generieren, die vorteilhafte Wirkungsgrade im Übergangsbereich des Diffusors zwischen einem Teil- und Überlastbetrieb erzielen.In principle, the guide vanes can be movable at the same time. According to a preferred development of the invention, however, it is provided that the blade chambers are provided with pressure relief valves in such a way that individual and/or multiple guide blades are translationally movable at different pressure differences. This makes it possible to generate so-called low-solidity diffuser configurations that achieve advantageous efficiencies in the transition area of the diffuser between partial and overload operation.
Nachfolgend wir die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter im Detail erläutert.Below we will explain the invention in further detail using a preferred exemplary embodiment with reference to the drawings.
In der Zeichnung zeigen
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1 schematisch einen Radialverdichter mit einer Radialverdichterstufe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
2 schematisch einen Diffusor gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und -
3 schematisch einen Diffusorschaufelkranz mit einem Laufrad und einer Welle gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 schematically a radial compressor with a radial compressor stage according to a preferred embodiment of the invention, -
2 schematically a diffuser according to a preferred embodiment of the invention and -
3 schematically a diffuser blade ring with an impeller and a shaft according to a preferred embodiment of the invention.
Aus
Das Laufradgehäuse 12 ist fluidtechnisch mit einem Stator 15 verbunden. Das in dem Laufradgehäuse 12 beschleunigte Fluid strömt in den Pinch 13 und wird dort mittels der konvergierenden Wände stabilisiert, um anschließend in einen fluidtechnisch verbundenen Diffusor 20 zu strömen. In dem Diffusor 20 wird die Geschwindigkeit des Fluids in statischen Druck umgesetzt und in eine anschließende 180°-Umlenkung 14 geleitet, die mit dem Diffusor 20 in Verbindung steht. Ausgehend von der 180°-Umlenkung 14 wird das Fluid durch eine Rückführbeschaufelung 16 und eine 90°-Umlenkung 17 in einen Austritt 18 geleitet.The impeller housing 12 is fluidly connected to a stator 15. The fluid accelerated in the impeller housing 12 flows into the
Der Teil des Stators 15, der die 180°-Umlenkung 14 sowie die Rückführbeschaufelung 16 und die 90°-Umlenkung 17 umfasst, dient dazu den in dem Fluid am Ende des Diffusors 20 vorhandenen Drall möglichst verlustfrei abzubauen, den statischen Druck zu erhöhen und dadurch eine drallfreie, homogene Zuströmung der folgenden Radialverdichterstufe 10 über den Austritt 18 zu ermöglichen.The part of the stator 15, which includes the 180 ° deflection 14 as well as the return blades 16 and the 90 ° deflection 17, serves to reduce the swirl present in the fluid at the end of the
Der letzte Austritt 18 der letzten Radialverdichterstufe 10 des mehrstufigen Radialverdichters 1 weist eine fluidtechnische Verbindung zum Diffusor 20 auf, die das Fluid ab einem Druckdifferenzwert über ein als T-Ventil ausgestaltetes Überdruckventil zum Diffusor 20 hin strömen lässt. Die letzte Radialverdichterstufe 10, sowie die fluidtechnische Verbindung und das Überdruckventil sind nicht gezeigt in den Abbildungen.The last outlet 18 of the last radial compressor stage 10 of the multi-stage radial compressor 1 has a fluid connection to the
In
Das aus dem Pinch 13 kommende Fluid strömt in einen Diffusorkanal 24 des Diffusors 20 ein. Der Diffusorkanal 24 wird durch einen parallel zu dem Diffusorschaufelkranz 22 angeordneten Diffusorgehäusedeckel 23 abgeschlossen. Der Diffusorgehäusedeckel 23 und der Diffusorschaufelkranz 22 bilden das Diffusorgehäuse 211. Die Leitschaufeln 21 sind in
Die Leitschaufel 21 ist dabei zur Gänze aufnehmbar in eine Schaufelkammer 26 integriert. Die Schaufelkammer 26 ist verbunden mit dem Diffusorschaufelkranz 22, sodass die Leitschaufel 21 in den Diffusorkanal 24 ausfahrbar ist. Die Leitschaufel 21 wird im eingefahrenen Zustand durch eine Führung 27 derart gestoppt, dass zwischen Leitschaufel 21 und Schaufelkammerboden ein Hohlraum ausgebildet ist. Die Schaufelkammer 26 ist mit der Leitschaufel 21 und einer doppelten umlaufenden Dichtnut 25 gegen den Diffusorkanal 24 abgedichtet, sodass in der Schaufelkammer 26 ein anderer Fluiddruck herrschen kann. Dazu ist die Schaufelkammer 26 fluidtechnisch mit dem Austritt 18 über das oben genannte, als Überdruckventil ausgestaltete T-Ventil in Verbindung.The
Das Fluid strömt in
Wird die Radialverdichterstufe 10 mit einem geringeren Massenstrom in einem Teillastbetrieb genutzt und steigt der Druck des Fluids in dem Austritt 18 auf einen festgelegten Druck, öffnet sich das T-Ventil und ein kleiner Teil des Fluids strömt dem Druckgefälle folgend in die Schaufelkammern 26 ein. Der Druck des einströmenden Fluids in den Schaufelkammern 26 ist größer als der Druck in dem Diffusorkanal 24, sodass die Leitschaufeln 21 aus den Schaufelkammern 26 aus- und in den Diffusorkanal 24 einfahren.If the radial compressor stage 10 is used with a lower mass flow in partial load operation and the pressure of the fluid in the outlet 18 rises to a set pressure, the T-valve opens and a small part of the fluid flows into the
Wird der Radialverdichter entdrosselt, wandert der Betriebspunkt in Richtung Überlast und die Geschwindigkeit des Fluids in dem Stator 15 steigt, wodurch der Druck im Austritt 18 soweit sinkt, dass sich das T-Ventil schließt. Die Schaufelkammern 26 sind über den dritten Abgang des T-Ventils mit der Umgebung fluidtechnisch verbunden. Der Fluiddruck im Diffusorkanal 24 liegt auf einem Niveau oberhalb des Umgebungsdrucks und die Leitschaufeln 21 fahren aus dem Diffusorkanal 24 in die Schaufelkammern 26. Das Fluid aus den Schaufelkammern 26 wird über das T-Ventil an die Umgebung entlüftet. Die Leitschaufeln 21 werden an der Führung 27 gestoppt und schließen mit den Dichtnuten 25 sowie dem Diffusorschaufelkranz 22 bündig zum Diffusorkanal 24 hin ab.If the radial compressor is dethrottled, the operating point moves towards overload and the speed of the fluid in the stator 15 increases, as a result of which the pressure in the outlet 18 drops to such an extent that the T-valve closes. The
In
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- RadialverdichterCentrifugal compressor
- 1010
- RadialverdichterstufeRadial compressor stage
- 1111
- Eintrittentry
- 1212
- LaufradgehäuseImpeller housing
- 1313
- PinchPinch
- 1414
- 180°-Umlenkung180° deflection
- 1515
- Statorstator
- 1616
- RückführbeschaufelungReturn blading
- 1717
- 90°-Umlenkung90° deflection
- 1818
- Austrittexit
- 2020
- Diffusordiffuser
- 2121
- Leitschaufelvane
- 2222
- DiffusorschaufelkranzDiffuser blade ring
- 2323
- DiffusorgehäusedeckelDiffuser housing cover
- 2424
- DiffusorkanalDiffuser channel
- 2525
- Dichtnutsealing groove
- 2626
- SchaufelkammerShovel chamber
- 2727
- Führungguide
- 2828
- EingangsbereichEntrance area
- 2929
- AusgangsbereichExit area
- 211211
- DiffusorgehäuseDiffuser housing
- 3131
- LaufradWheel
- 3232
- WelleWave
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1413763 [0003]EP 1413763 [0003]
Claims (9)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022111573.9A DE102022111573A1 (en) | 2022-05-10 | 2022-05-10 | Centrifugal compressor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022111573.9A DE102022111573A1 (en) | 2022-05-10 | 2022-05-10 | Centrifugal compressor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022111573A1 true DE102022111573A1 (en) | 2023-11-16 |
Family
ID=88510244
Family Applications (1)
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Country | Link |
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0099847B1 (en) | 1982-06-28 | 1986-12-03 | Carrier Corporation | Diffuser throttle ring control |
EP1413763A1 (en) | 2002-10-22 | 2004-04-28 | Carrier Corporation | Rotating vane diffuser for a centrifugal compressor |
DE102011120167A1 (en) | 2011-12-06 | 2013-06-06 | Daimler Ag | Compressor for supercharger of e.g. diesel engine of e.g. passenger car, has compressor wheel whose edge is released and attached from wall region in open and closed positions of adjusting element accordingly |
WO2014012725A1 (en) | 2012-07-16 | 2014-01-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Parallel diffuser for a fluid machine |
DE102015203551A1 (en) | 2015-02-27 | 2016-09-01 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Exhaust gas turbocharger assembly for a motor vehicle |
DE102015005131A1 (en) | 2015-04-22 | 2016-10-27 | Daimler Ag | Compressor for an exhaust gas turbocharger |
-
2022
- 2022-05-10 DE DE102022111573.9A patent/DE102022111573A1/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0099847B1 (en) | 1982-06-28 | 1986-12-03 | Carrier Corporation | Diffuser throttle ring control |
EP1413763A1 (en) | 2002-10-22 | 2004-04-28 | Carrier Corporation | Rotating vane diffuser for a centrifugal compressor |
DE102011120167A1 (en) | 2011-12-06 | 2013-06-06 | Daimler Ag | Compressor for supercharger of e.g. diesel engine of e.g. passenger car, has compressor wheel whose edge is released and attached from wall region in open and closed positions of adjusting element accordingly |
WO2014012725A1 (en) | 2012-07-16 | 2014-01-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Parallel diffuser for a fluid machine |
DE102015203551A1 (en) | 2015-02-27 | 2016-09-01 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Exhaust gas turbocharger assembly for a motor vehicle |
DE102015005131A1 (en) | 2015-04-22 | 2016-10-27 | Daimler Ag | Compressor for an exhaust gas turbocharger |
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