DE1107086B

DE1107086B - Zentrifugalpumpe oder -kompressor mit einer axial verschieblichen Diffusorwand

Info

Publication number: DE1107086B
Application number: DES56509A
Authority: DE
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1957-12-23
Filing date: 1958-01-09
Publication date: 1961-05-18
Also published as: US3032259A; CH355889A; NL224304A; GB881882A; NL98031C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifugalpumpe oder einen Zentrifugalkompressor mit einem kreisringförmigen Diffusor, dessen Durchgang durch axiale Verschiebung eines zur Welle konzentrischen kreisringförmigen Teiles einer der Diffusorwände geändert werden kann, indem dieser kreisringförmige Teil und ein konzentrisch zur Welle angeordneter, gegen axiale Verschiebung gesicherter Ring gegenseitig verdreht werden können, welche Drehbewegung mechanisch in die genannte Axialbewegung transfermiert wird.

Es ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der ein kreisringförmiger Teil einer Diffusorwand zur Veränderung des Durchströmquerschnitts axial verschoben wird. Dabei wird die Drehbewegung eines um die Welle der Maschine drehbaren Zahnkranzes über eine Anzahl Gewindespindeln in die axiale Verschiebung des kreisringförmigen Teiles der Diffusorwand umgesetzt.

Es tritt dann hauptsächlich folgende regeltechnische Schwierigkeit auf. Bei einer Spaltbreite α des Diffusors und einem Querschnitt Q möge durch eine Winkelverschiebung des Stellringes um einen bestimmten Winkel eine Reduzierung des regelbaren Diffusorquerschnittes von 10°/» bewirkt werden. Bei einer Ausgangsspaltbreite des Diffusors von a/2 macht eine Verdrehung um den gleichen Winkel hingegen im Verhältnis zum Ausgangsquerschnitt QI2 eine Reduzierung um etwa 20% aus. Der gleiche Verstellwinkel wird also mit abnehmendem Querschnitt Q eine prozentual immer größere Ouerschnittsabnahme herbeiführen. Solange der Querschnitt des Diffusors relativ groß ist, wird damit bei der bekannten Vorrichtung eine verhältnismäßig genaue Regelung ermöglicht. Diese wird aber immer ungenauer — immer den gleichen Verstellwinkel bei einem Eingriff vorausgesetzt —, je kleiner die Spaltbreite des Diffusors vor der Veränderung des Spaltes ist. In Fällen, wo es sich um eine relativ grobe Regelung handelt, kann dieses Regelverhalten tragbar sein, wohingegen es bei der Leistungsregulierung eines empfindlichen Systems, z. B. eines Kältekompressors, zu schwer kompensierbaren Regelunstabilitäten führt.

Demgegenüber läßt es sich mit der erfindungsgemäßen Konstruktion erreichen, daß die durch eine bestimmte Verdrehung erzielte Änderung der Spaltbreite abhängig ist von dem zu Beginn des Eingriffs schon vorhandenen Drehwinkel zwischen dem kreisförmigen Teil des Diffusors und dem Verstellring. Damit läßt sich genau das gegenteilige Regelverhalten wie bei der bekannten Vorrichtung erzielen. Nach der Erfindung ist also die Spaltänderung groß, solange der Diffusorquerschnitt groß ist, und vermindert sich — wiederum immer den gleichen Verdrehungswinkel Zentrifugalpumpe oder -kompressor

mit einer axial verschieblictien

Diffusorwand

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Sdrwelm (Westf.), Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 23. Dezember 1957

vorausgesetzt — wenn die Ausgangsspaltbreite klein ist. So läßt sich eine genaue und stabile Regelung auch bei verringerten Querschnitten des Diffusors aufrechterhalten. Daher ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die zwei gegenseitig drehbaren Ringe über mindestens drei gelenkig angeordnete, mit ihren kugeligen Enden auf zwei mit der Welle konzentrischen Kreisen liegende Stützen, die zur Welle unter gleichem Winkel windschief oder im Grenzfall parallel der Welle liegen, verbunden sind, wodurch der axiale Abstand zwischen den beiden Ringen und dadurch der Durchgang des Diffusors vom Winkelstand der Stützen bestimmt wird, wobei der minimale Durchgang des Diffusors dem Stand der Stützen parallel zur Welle entspricht.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die gelenkige Anordnung der Stützen so erfolgt, daß auf den kreisringförmigen Teil der einen Diffusorwand von dem Verstellring her nur Kräfte in axialer Richtung übertragen werden, während die von der Verstellung herrührenden Kräfte in Radial- oder Umfangsrichtung von dem nicht verstellbaren Gehäuse aufgenommen werden. Dies läßt sich zweckmäßigerweise dadurch erreichen,

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daß die Stützen kugelförmige Enden aufweisen, deren jeweils eines von einer Führung des Druckkörpers in dem Gehäuse aufgenommen und in dieser axial geführt wird, während das andere Ende jeweils einer Stütze in eine Vertiefung des drehbar angeordneten Ringes eingesetzt ist. Ferner kann die Anordnung getroffen sein, daß der kreisringförmige Teil an seinem äußeren Umfang gegenüber seinem Aufnahmeraum abgedichtet ist.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Kompressor nach der Erfindung im axialen Schnitt;

Fig. 2 zeigt vergleichsweise die beiden Endstellungen des kreisringförmigen verstellbaren Teiles im Diffusor der Fig. 1.

Der Kompressor in Fig. 1 besitzt den Diffusor 1 mit den beiden radial verlaufenden, parallel zueinander angeordneten Wänden 2 und 3. Die Wand 3 weist einen in axialer Richtung \^rerschiebbaren, kreisringförmigen Teil 4 auf, mit dessen Verschiebung der Diffusorspalt S veränderlich eingestellt werden kann. Der Teil 4 ist in einen kreisringförmigen Aufnahmeraum 5 des Maschinengehäuses 6 eingelassen. Er liegt mit der Schulter 9 auf der Feder 10 auf und stützt sich mit der durch diese Feder erzeugten axialen Spannung über die Druckkörper 11 sowie die Stützen 12 gegen den Ring 13 ab, welcher im Gehäuse 6 um die Achse A-B drehbar gelagert ist. Mit Hilfe der Dichtung 7 ist der Teil 4 an seinem äußeren Durchmesser gegenüber der Wand 8 des Aufnahmeraumes 5 gleitend abgedichtet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß hinter dem Teil 4 der statische Druck des Diffusoreintrittes herrscht, während die diffusorseitige Wand des Teiles 4 vermöge der Dichtung 7 entsprechend dem Anstieg des statischen Druckes im Diffusor einem höheren Flächendruck unterliegt. Mit der Druckdifferenz wird die Wirkung der Feder 10 unterstützt. Die Druckkörper 11 dienen dem Teil 4 zugleich als axiale Führung und Verdrehsicherung. Sie sind ihrerseits im Gehäuse 6 in der Führung 14 gelagert. Diese Führungen 14 nehmen auch je einen der kugeligen Köpfe 15 der Stützen 12 in sich auf, während jeweils der andere Kopf 15' in einer Vertiefung 16 des Ringes 13 eingebettet ist. Damit nehmen die Führungen 14 gleichzeitig die von dem Verstellring 13 und den windschiefen Stützen 12 übertragenen Kräfte in Radial- oder Umfangsrichtung auf, während über den Druckkörper 11 auf den kreisringförmigen Teil 4 nur Axialkräfte übertragen werden. Der Ring 13 besitzt im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zum Drehen. Aus der Vielzahl der hierfür in Frage kommenden technischen Möglichkeiten ist als Beispiel eine Drehvorrichtung mit einer Gewindeschnecke 17, welche in einen Zahnkranz

18 am Umfang vom Ring 13 eingreift, gezeigt. Um den Aufnahmeraum 19 der Verstellmechanik vor Zutritt des Fördermittels zu schützen, ist dieser Raum

19 durch elastische Dichtungsglieder, beispielsweise durch die Metallbälge 20, abgeschlossen. Zur besseren axialen Führung des ringförmigen Teiles 4 sind die Stützkörper 11 in zylindrische Vertiefungen 21 desselben eingelassen.

Fig. 2 zeigt das Prinzip des Verstellmechanismus der Stützen 12 mit dem ringförmigen Teil 4 und dem Ring 13. Im oberen Teil der Fig. 2 ist der Ring 13 in der einen seiner Endstellungen gezeigt, bei welcher nämlich die Stütze 13 im Winkel α zur Achse A-B windschief steht. Im unteren Teil der Fig. 2 befindet sich die Stütze 12 bei der anderen Extremlage des Ringes 13 in Richtung der Achse A-B. Die Stellung des ringförmigen Teiles 4 differiert zwischen diesen beiden extremen Regelstellungen um den Betrag der Strecke x. Die Entfernung des Teiles 4 von der Gegenwand 2 beträgt dadurch im oberen Teil der Fig. 2 S' und im unteren Teil S".

Vernachlässigt man in der ersten Näherung, daß sich die Stützen 12 durch die Verdrehung des Ringes 13 auf einem Kreisbogen bewegen, so ergibt sich für die Strecke L in axialer Richtung der Maschine L = C cos a, wobei C die vorgegebene, konstante Länge der Stützen 12 ist. Bei einer Änderung des Winkels α um A α wird damit die Änderung /f L der Strecke L proportional zu der Funktion sin α. Je kleiner also der Winkel α zu Beginn der Verstellung um ein Δ α ist, um so geringer wird also die Verschiebung Δ L und damit Spaltbreitenänderung des Diffusorspaltes. Durch dieses geometrische Verhalten des Stützmechanismus ist dieser in der Lage, die aus den geschilderten Gründen bei einer Verstellung mit der bekannten Vorrichtung auftretende progressive Querschnittsabnahme durch eine degressive Querschnittsabnahme zu ersetzen, was für die Leistungseinstellung eines Kompressors mittels Spaltbreitenverstellung besonders günstig ist.

Um kleine Fabrikationsungenauigkeiten auszugleichen, können in dem Ring 13 als Widerlager für die Stützen 12 Justierschrauben 22 vorgesehen sein, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das als Beispiel gezeigte Ausführungsmodell. Es könnte bei einer anderen Ausführung der Ring 13 feststehen und der ringförmige Teil 4 drehbar angeordnet sein. Die Form der Stützen, die Art und Anordnung der Dichtungen sind beliebig; der Kompressor könnte auch mehrstufig ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche:

1. Zentrifugalpumpe oder-kompressor mit einem kreisringförmigen Diffusor, dessen Durchgang durch axiale Verschiebung eines zur Welle konzentrischen kreisringförmigen Teiles einer der Diffusorwände geändert werden kann, indem dieser kreisringförmige Teil und ein konzentrisch zur Welle angeordneter gegen axiale Verschiebung gesicherter Ring gegenseitig verdreht werden können, welche Drehbewegung mechanisch in die genannte Axialbewegung transformiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei gegenseitig drehbaren Ringe (4,13) über mindestens drei gelenkig angeordnete, mit ihren kugeligen Enden auf zwei mit der Welle konzentrischen Kreisen liegende Stützen (12), die zur Welle unter gleichem Winkel windschief oder im Grenzfall parallel der Welle liegen, verbunden sind, wodurch der axiale Abstand zwischen den beiden Ringen (4,13) und dadurch der Durchgang des Diffusors vom Winkelstand der Stützen (12) bestimmt wird, wobei der minimale Durchgang des Diffusors dem Stand der Stützen parallel zur Welle entspricht.

2. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkige Anordnung der Stützen (12) so erfolgt, daß auf den kreisringförmigen Teil (4) der einen Diffusorwand von dem Verstellring (13) her nur Kräfte in axialer Richtung übertragen werden.

3. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen (12) kugelförmige Enden (15, 15') aufweisen, deren jeweils eines von einer Führung (14) des Druck-

körpers (11) in dem Gehäuse (6) aufgenommen und in dieser axial geführt wird, während das andere Ende jeweils einer Stütze in eine Vertiefung des drehbar angeordneten Ringes (13) eingesetzt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 1 322 810:

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1 071 008.

iiere;] 1 Blatt Zeichnungen