DE112010000450T5

DE112010000450T5 - Gasverdichter und Verfahren zum Steuern seines Volumenstromes

Info

Publication number: DE112010000450T5
Application number: DE112010000450T
Authority: DE
Inventors: Kyu-Ok Jeong; Hyun-Wook Jeong; Jin-Wook Jeong
Original assignee: AIRZEN CO Ltd
Current assignee: AIRZEN CO Ltd
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2012-08-09
Also published as: JP2012519793A; WO2010101426A2; JP5394509B2; CN102341604A; WO2010101426A3; CN102341604B; US20110318182A1

Abstract

Es ist ein Gasverdichter mit einem verstellbaren Diffusorsystem vorgesehen, das in der Lage ist, Strömungsabriss und Pumpen zu unterdrücken. Der Gasverdichter umfasst i) ein Laufrad, das an einer Drehwelle befestigt ist und eine Vielzahl von Blättern aufweist, die jeweils eine Flügelfläche und eine Randfläche an einer Außenumfangsfläche davon umfassen; ii) eine Verkleidung, die die Flügelfläche umgibt; iii) ein Ringventil, das an einen Diffusorkanal, der an einen Auslass des Laufrads angeschlossen ist, angebaut ist, und sich in einer Richtung parallel zu der Drehwelle bewegt, um den Diffusorkanal zu öffnen und zu schliefen; iv) eine Vielzahl von Schaufeln, die in einer Umfangsrichtung des Diffusorkanals außerhalb des Ringventils in den Diffusorkanal eingebaut sind; und v) einen Aktor, der mit dem Ringventil und der Vielzahl von Schaufeln gekoppelt ist, um nacheinander die Bewegung des Ringventils und Drehwinkel der Schaufeln zu steuern.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(a) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasverdichter, und genauer ein verstellbares Diffusorsystem, das an einen Diffusorkanal angebaut ist, der an einen Laufradauslass angeschlossen ist, um Strömungsabriss und Pumpen zu verhindern, und ein Verfahren zum Steuern eines Volumenstroms des Gasverdichters unter Verwendung desselben.
(b) Beschreibung der Standes der Technik
Im Allgemeinen beschleunigt und verdichtet ein Gasverdichter Gas mit einer Zentrifugalverdichtungskraft an einem Laufrad, indem das Gas durch das rotierende Laufrad geleitet wird. Ein Diffusorkanal ist an einen Laufradauslass angeschlossen, um kinetische Energie in Druckenergie von Gas umzuwandeln, indem von dem Laufrad ausgetragenes Hochgeschwindigkeits- und Hochdruckgas verzögert wird, während Geräusch vermindert und der Blaswirkungsgrad verbessert werden.
Wenn ein Volumenstrom von Gas, das durch das Laufrad hindurchtritt verringert wird oder eine Druckdifferenz zwischen einem Einlass und einem Auslass des Laufrads abnimmt, wird ein Luftstrom instabil. Deshalb wird in dem Diffusorkanal ein Gegenstrom erzeugt, und infolgedessen treten Strömungsabriss- und Pumpphänomene auf. Wenn darüber hinaus der Volumenstrom von Gas weiter verringert wird oder die Drücke am Einlass und Auslass des Laufrads gleich sind, beginnt ein Pumpmodus, in welchem periodisch ein voller Gegenstrom in dem Diffusorkanal erzeugt wird, wodurch der Verdichterwirkungsgrad signifikant schlechter wird.
Deshalb wurde ein verstellbarer Diffusor vorgestellt, der eine Fläche des Diffusorkanals verändern kann, um den Strömungsabriss und das Pumpen zu minimieren und den Volumenstrom zu steuern. Ein allgemeiner verstellbarer Diffusor ist durch eine Vielzahl von Diffusorschaufeln gebildet, die in einer Umfangsrichtung des Diffusorkanals angeordnet sind. Bei dem verstellbaren Diffusor wird die Fläche des Diffusorkanals verringert, wenn der Volumenstrom verringert wird oder die Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Laufrads abnimmt, und im umgekehrten Fall wird die Fläche des Diffusorkanals erweitert, um den Luftstrom zu stabilisieren.
Jedoch kann der Laufradauslass nicht vollständig mit dem verstellbaren Diffusor aus dem Stand der Technik abgedichtet werden, und Gas strömt zurück durch einen Zwischenraum zwischen dem Laufrad und dem verstellbaren Diffusor. Deshalb gibt es eine Beschränkung beim Verhindern des Strömungsabrisses und des Pumpens. Darüber hinaus ist der verstellbare Diffusor im Stand der Technik in einem Volumenstrom-Steuerbereich eingeschränkt, und ein maximaler Volumenstrombereich, der mit dem verstellbaren Diffusor aus dem Stand der Technik gesteuert werden kann, beträgt ungefähr 45% des Nennvolumenstroms.
Die obige Information ist in diesem Hintergrundabschnitt nur zur Verbesserung des Verständnisses de Hintergrundes der Erfindung offenbart, und kann daher Information enthalten, die keinen Stand der Technik bildet, der in diesem Land einem Fachmann bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist in einem Bemühen getätigt worden, einen Gasverdichter und ein Verfahren zum Steuern eines Volumenstroms des Gasverdichters bereitzustellen, die effektiv Strömungsabriss und Pumpen verhindern können, indem verhindert wird, dass Gas zurückströmt, dadurch dass ein verstellbares Diffusorsystem modifiziert wird.
Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung in einem Bemühen getätigt worden, einen Gasverdichter und ein Verfahren zum Steuern eines Volumenstroms des Gasverdichters vorzusehen, die einen maximalen Volumenstrombereich ausdehnen können, der gesteuert werden kann, indem ein verstellbares Diffusorsystem modifiziert wird.
Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt einen Gasverdichter bereit, umfassend: i) ein Laufrad, das an einer Drehwelle befestigt ist und eine Vielzahl von Blättern aufweist, die jeweils eine Flügelfläche und eine Randfläche an einer Außenumfangsfläche davon umfassen; ii) eine Verkleidung, die die Flügelfläche umgibt, und eine Außenwand parallel zu der Randfläche aufweist; und iii) ein Ringventil, das an einen Diffusorkanal, der an einen Auslass des Laufrads angeschlossen ist, angebaut ist, um den Diffusorkanal zu öffnen und zu schließen und einen Spalt von dem Ende des Laufrads aus in einer radialen Richtung des Laufrads aufrecht zu erhalten. Das Ringventil bewegt sich verschiebbar an der Außenwand der Verkleidung, während es die Außenwand der Verkleidung berührt.
Das Ringventil kann einen Spalt G von einer nachstehend beschriebenen Bedingung von dem Ende des Laufrads aus in der radialen Richtung des Laufrads aufrecht erhalten, 0,002D ≤ G ≤ 0,008D wobei D einen Durchmesser (mm) am Auslass des Laufrads darstellt.
Der Gasverdichter kann darüber hinaus eine Vielzahl von Schaufeln umfassen, die in einer Umfangsrichtung der Diffusorkanalseite des Ringventils in den Diffusorkanal eingebaut sind.
Eine andere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt einen Gasverdichter bereit, umfassend: i) ein Laufrad, das an einer Drehwelle befestigt ist und eine Vielzahl von Blättern aufweist, die jeweils eine Flügelfläche und eine Randfläche an einer Außenumfangsfläche davon aufweisen; ii) eine Verkleidung, die die Flügelfläche umgibt; iii) ein Ringventil, das an einen Diffusorkanal, der an einen Auslass des Laufrads angeschlossen ist, angebaut ist und sich in einer Richtung parallel zu der Drehwelle bewegt, um den Diffusorkanal zu öffnen und zu schließen; iv) eine Vielzahl von Schaufeln, die in einer Umfangsrichtung des Diffusorkanals außerhalb des Ringventils in den Diffusorkanal eingebaut sind und jeweils eine Schaufelwelle aufweisen; und v) einen Aktor, der mit dem Ringventil und der Vielzahl von Schaufelwellen gekoppelt ist, um nacheinander eine Bewegung des Ringventils und Drehwinkel der Schaufeln zu steuern.
Das Ringventil kann einen Spalt G von einer nachstehend beschriebenen Bedingung von dem Ende des Laufrads aus in der radialen Richtung des Laufrads aufrecht erhalten, 0,002D ≤ G ≤ 0,008D wobei D einen Durchmesser (mm) an dem Auslass des Laufrads darstellt.
Eine Außenwand der Verkleidung kann parallel zu der Randfläche liegen, und das Ringventil kann sich gleitend an der Außenwand der Verkleidung bewegen, während es die Außenwand der Verkleidung berührt.
In dem Laufrad können Zwischenräume zwischen den Blättern miteinander über die Flügelfläche innerhalb der Verkleidung in Verbindung stehen. Im Gegensatz dazu können in dem Laufrad die Zwischenräume zwischen den Blättern voneinander durch eine Abdeckplatte an der Flügelfläche getrennt sein.
Der Aktor kann umfassen: i) einen inneren Führungsring, der die Schaufelwelle umgibt; ii) eine Vielzahl von Kugelhebeln, die den inneren Führungsring und die Schaufelwelle in der radialen Richtung des Laufrads durchdringen, um den inneren Führungsring und die Schaufelwelle miteinander zu koppeln; iii) einen äußeren Führungsring, der den inneren Führungsring umgibt, einstückig an dem Ringventil durch einen Verbinder angeschlossen ist und ein schräges Gleitloch aufweist, und iv) einen Befestigungsstift, der an dem inneren Führungsring durch das schräge Gleitloch hindurch befestigt ist. Der Gasverdichter kann darüber hinaus einen Diffusorrahmen umfassen, der die Schaufelwelle, den inneren Führungsring und das Ringventil abstützt.
Die Schaufelwelle kann einen Hohlraum aufweisen, der die Schaufelwelle in der radialen Richtung des Laufrads durchdringt, und der innere Führungsring kann eine Vielzahl von Öffnungen aufweisen, die dem Hohlraum in der radialen Richtung des Laufrads zugewandt sind. Jeder der Vielzahl von Kugelhebeln kann ein Kugelelement umfassen, dass nahe an einer Seitenwand der Öffnung des inneren Führungsrings angebracht ist, und ein Abstützelement, das in den Hohlraum zur Befestigung an der Schaufelwelle eingesetzt ist.
Der Aktor kann darüber hinaus umfassen: i) ein Anschlagelement, das eine Drehgeschwindigkeit des inneren Führungsrings steuert; ii) einen Steuerarm, der an dem äußeren Führungsring befestigt ist; und iii) ein elastisches Element, das zwischen dem Diffusorrahmen und dem Befestigungsstift eingebaut ist.
Das Anschlagelement kann ein Paar erste Stäbe, die mit einem Abstand in der Umfangsrichtung an einer Fläche des inneren Führungsrings positioniert sind; und einen zweiten Stab umfassen, der an dem Diffusorrahmen befestigt ist und derart vorragt, dass ein Teil davon zwischen dem Paar ersten Stäben positioniert ist.
Im Gegensatz dazu kann der Aktor umfassen: i) ein Verbindungselement, das an der Schaufelwelle befestigt ist; ii) eine Führungswelle, die an dem Verbindungselement mit einem Abstand von der Schaufelwelle befestigt ist; und iii) ein Steuerelement, das die Schaufelwelle dreht, indem die Führungswelle bewegt wird, während eine erste Führungsnut gebildet ist, die die Führungswelle an einer Fläche davon aufnimmt.
Die erste Führungsnut kann in der radialen Richtung des Laufrads gebildet sein, und das Steuerelement kann ferner eine zweite Führungsnut umfassen, die in einer Umfangsrichtung des Steuerelements gebildet ist, während sie mit der ersten Führungsnut verbunden ist. Der Gasverdichter kann darüber hinaus einen Diffusorrahmen umfassen, der das Ringventil und die Schaufelwelle und das Steuerelement abstützt, während er das Ringventil umgibt, und in dem Diffusorrahmen kann das schräge Gleitloch in einem das Ringventil überlappenden Bereich gebildet sein.
Das Steuerelement kann darüber hinaus eine dritte Führungsnut umfassen, die an einer Innenfläche des Steuerelements gebildet ist, während sie mit der zweiten Führungsnut verbunden ist. Der Aktor kann ferner eine Befestigungsnase umfassen, deren eines Ende an denn Ringventil befestigt ist, indem es das schräge Gleitloch durchdringt, und dessen anderes Ende in der dritten Führungsnut aufgenommen ist.
In dem Diffusorrahmen kann eine Vielzahl von Schaufellöchern, die die Schaufelwelle durchdringt, in eine Richtung parallel zu der Drehwelle gebildet sein, und das schräge Gleitloch kann von dem Schaufelloch zwischen zwei benachbarten Schaufellöchern beabstandet sein. Das Steuerelement kann an eine Steuereinheit, die eine Betriebsbedingung des Gasverdichters erfasst, zur Betätigung durch einen Befehl von der Steuereinheit angeschlossen sein.
Im Gegensatz dazu kann der Aktor umfassen: i) einen ersten Aktor, der mit der Vielzahl von Schaufelwellen gekoppelt ist, um die Drehwinkel der Schaufeln zu steuern; und ii) einen zweiten Aktor, der mit dem Ringventil gekoppelt ist, um die Bewegung des Ringventils zu steuern. Der erste Aktor kann umfassen: i) ein Verbindungselement, das an der Schaufelwelle befestigt ist; ii) eine Führungswelle, die an dem Verbindungselement mit einem Abstand von der Schaufelwelle befestigt ist; und iii) ein Steuerelement, das die Schaufelwelle dreht, indem die Führungswelle bewegt wird, während eine erste Führungsnut gebildet ist, die die Führungswelle an einer Fläche davon aufnimmt.
Die erste Führungsnut kann in der radialen Richtung des Laufrads gebildet sein, und das Steuerelement kann ferner eine zweite Führungsnut umfassen, die in einer Umfangsrichtung des Steuerelements gebildet ist, während sie mit der ersten Führungsnut verbunden ist.
Das Ringventil kann einen Erweiterungsring an einer Außenfläche davon aufweisen, und der Aktor kann umfassen: i) eine erste Düse, die Druckluft zu einer Fläche des Erweiterungsrings in Richtung des Diffusorkanals bläst; und ii) eine zweite Düse, die Druckluft zu einer gegenüberliegenden Fläche des Erweiterungsrings, die fern von dem Diffusorkanal liegt, bläst.
Der Gasverdichter kann darüber hinaus eine obere Abdeckung umfassen, die zwischen dem Diffusorrahmen und dem Ringventil eingebaut ist. Die erste Düse kann durch die obere Abdeckung und den Diffusorrahmen hindurch gebildet sein, und die zweite Düse ist an der oberen Abdeckung gebildet. Das Steuerelement und die erste und zweite Düse können an der Steuereinheit, die die Betriebsbedingung des Gasverdichters erfasst, zur Betätigung durch den Befehl von der Steuereinheit angeschlossen sein.
Eine abermals weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Steuern eines Volumenstroms eines Gasverdichters bereit, umfassend: i) Abdichten eines Diffusorkanals durch Schließen eines Ringventils bei einem Anfangsbetrieb und Verringern einer Fläche des Diffusorkanals außerhalb des Ringventils durch Schließen einer Vielzahl von Schaufeln, ii) Öffnen des Diffusorkanals durch Öffnen des Ringventils für einen Normalbetrieb, und iii) Vergrößern der Fläche des Diffusorkanals außerhalb des Ringventils durch Öffnen der Vielzahl von Schaufeln.
Das Verfahren kann darüber hinaus zum Stoppen des Betriebs nach dem Vergrößern der Fläche des Diffusorkanals umfassen, i) Verringern der Fläche des Diffusorkanals außerhalb des Ringventils durch Schließen der Vielzahl von Schaufeln; und ii) Abdichten des Diffusorkanals durch Schließen des Ringventils.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Teilschnittansicht eines Gasverdichters gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein teilweise vergrößertes Schaubild des in 1 gezeigten Gasverdichters.
3 ist eine Draufsicht, die ein Laufrad und ein Ringventil in dem in 1 gezeigten Gasverdichter schematisch zeigt.
4 ist eine Draufsicht, die in Laufrad und ein Ringventil in einem Gasverdichter gemäß einem Vergleichsbeispiel schematisch zeigt.
5 ist ein Graph, der eine Messung eines Schwingungszustands abhängig von einer Veränderung eines Spalts zwischen einem Ringventil und einem Ende eines Laufrads zeigt.
6 und 7 sind Explosionsperspektivansichten eines verstellbaren Diffusorsystems in dem in 1 gezeigten Gasverdichter.
8 ist eine Querschnittsansicht eines äußeren Führungsrings, eines Ringventils und eines Verbinders in dem in 7 gezeigten verstellbaren Diffusorsystem.
9 ist eine Perspektivansicht eines kombinierten Zustandes eines verstellbaren Diffusorsystems in dem in 1 gezeigten Gasverdichter.
10 bis 13 sind schematische Schaubilde eines verstellbaren Diffusorsystems, die gezeigt sind, um ein Verfahren zum Steuern eines Volumenstroms in dem Gasverdichter gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
14 ist eine Teilschnittansicht eines Gasverdichters gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist ein teilweise vergrößertes Schaubild des in 14 gezeigten Gasverdichters.
16 ist eine Explosionsperspektivansicht eines verstellbaren Diffusorsystems in dem in 14 gezeigten Gasverdichter.
17 ist ein teilweise vergrößertes Schaubild von 16.
18 ist eine Perspektivansicht, die einen kombinierten Zustand eines Diffusorrahmens und eines Ringventils, die in 17 gezeigt sind, zeigt.
19 ist eine Seitenansicht von rechts des verstellbaren Diffusorsystems in dem in 14 gezeigten Gasverdichter.
20 ist eine teilweise vergrößerte Perspektivansicht, die einen Teil eines Steuerelements und einer Führungswelle und eine Befestigungsnase in einer Konfiguration des in 19 gezeigten verstellbaren Diffusorsystems zeigt.
21 bis 23 sind Perspektivansichten, die Zustande eines Ringventils und einer Schaufel an Punkten (a), (b) und (c) zeigen, die jeweils in 19 gezeigt sind.
24 ist eine Teilschnittansicht eines Gasverdichters gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
25 ist eine Explosionsperspektivansicht eines verstellbaren Diffusorsystems in dem in 24 gezeigten Gasverdichter.
26 ist eine Seitenansicht von rechts des in 24 gezeigten verstellbaren Diffusorsystems.
27 ist ein teilweise vergrößertes Schaubild des in 24 gezeigten Gasverdichters.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend umfassender anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Wie es Fachleute realisieren werden, können die beschriebenen Ausführungsformen auf vielerlei unterschiedliche Weisen modifiziert werden, ohne vom Gedanken oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
1 ist eine Teilschnittansicht eines Gasverdichters 100 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst der Gasverdichter 100 der ersten beispielhaften Ausführungsform eine Drehwelle 11, ein Laufrad 12, eine Verkleidung 13, ein Ringventil 14, eine Vielzahl von Schaufeln 15 (in 1 ist eine Schaufel gezeigt) und einen Aktor 20. Der in 1 gezeigte Gasverdichter 100 weist Bilateralsymmetrie um eine Mittellinie (A-A-Linie) der Drehwelle 11 auf.
Das Laufrad 12 ist an der Drehwelle 11 befestigt, und die Drehwelle 11 ist mit einer Drehwelle eines Motors (nicht gezeigt) gekoppelt. Eine Vielzahl von Blättern 16, die ein gekrümmtes radiales Muster aufweisen, ist an einer Außenumfangsfläche des Laufrads 12 gebildet. Das Blatt 16 umfasst eine Flügelfläche 161, die unter einer vorbestimmten Krümmung gebildet ist, und eine Randfläche 162, die sich an die Flügelfläche 161 anschließt und parallel zu der Drehwelle 11 liegt. Die Verkleidung 13 ist derart eingebaut, dass sie das Laufrad 12 mit einem vorbestimmten Spalt von der Flügelfläche 161 des Blatts 16 aus umgibt.
Wenn ein Motor arbeitet, um das Laufrad 12 zu drehen, strömt externes Gas in das rotierende Laufrad 12 und wird beschleunigt und verdichtet, während es durch Zwischenräume zwischen den Blättern 16 hindurchtritt, und danach wird das externe Gas außerhalb der Randflächen 162 der Blättern 16 ausgetragen. In 1 sind eine Einströmrichtung und eine Austragsrichtung von Gas durch Pfeile angegeben. In der beispielhaften Ausführungsform stellt ein Auslass des Laufrads eine Nachbarschaft des Endes des Laufrads 12 dar, wo das verdichtete Gas ausgetragen wird.
Ein Diffusorkanal 17 ist außerhalb des Auslasses des Laufrads 12 angeordnet. der Diffusorkanal 17 weist einen Zwischenraum auf, der zwischen einer Austragspirale 18 gebildet ist, und es ist ein Diffusorrahmen 30 derart vorgesehen, dass er eine Ringform mit einer vorbestimmten Höhe und einer vorbestimmten Breite aufweist. Der Diffusorkanal 17 ist an einen internen Kanal der Austragsspirale 18 angeschlossen und wandelt kinetische Energie in Druckenergie von Gas um, indem das Hochgeschwindigkeits- und Hochdruckgas, das von dem Laufrad 12 ausgetragen wird, ausgebreitet und verändert wird.
In der beispielhaften Ausführungsform bilden das Ringventil 14, die Vielzahl von Schaufeln 15 und der Aktor 20 ein verstellbares Diffusorsystem. Das Ringventil 14 arbeitet, um den Diffusorkanal 17 zu öffnen und zu schließen und verhindert Strömungsabriss und Pumpen, indem der Diffusorkanal 17 bei einem Anfangsbetrieb abgedichtet wird. Die Vielzahl von Schaufeln 15 arbeitet, um einen Drehwinkel zu verändern und einen Luftstrom zu stabilisieren, indem eine Fläche des Diffusorkanals 17 außerhalb des Ringventils 14 verändert wird. Der Aktor 20 ist mechanisch mit dem Ringventil 14 und der Vielzahl von Schaufeln 15 gekoppelt, um nacheinander die Bewegung des Ringventils 14 und den Drehwinkel der Schaufel 15 zu steuern.
2 ist ein teilweise vergrößertes Schaubild des in 1 gezeigten Gasverdichters 100 und zeigt einen Zustand, in welchem das Ringventil 14 in Richtung der Austragsspirale 18 abfällt, um den Diffusorkanal 17 abzudichten. 3 ist eine Draufsicht, die das Laufrad 12 und das Ringventil 14 in dem in 1 gezeigten Gasverdichter 100 schematisch zeigt.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 liegt eine Außenwand 131 der Verkleidung 13 parallel zu der Randfläche 162 des Blatts 16 und hält einen vorbestimmten Spalt von der Randfläche 162 und dem Ende des Laufrads 12 aus in einer radialen Richtung des Laufrads 12 aufrecht. Hier stellt die ”radiale Richtung” eine Richtung dar, die in einer Richtung senkrecht zu der Drehwelle 11 von der Mitte des Laufrads 12 hinüber wandert.
Das Ringventil 14 berührt die Außenwand der Verkleidung 13 und gleitet auf der Außenwand 131 der Verkleidung 13, um den Diffusorkanal 17 zu öffnen und zu schließen. Wenn das Ringventil 14 in Richtung der Austragsspirale 18 absteigt, um den Diffusorkanal 17 abzudichten, hält deshalb des Ringventil 14 einen vorbestimmten Spalt von der Randfläche 162 und dem Ende des Laufrads 12 aus aufrecht.
In der beispielhaften Ausführungsform ist der Spalt G (siehe einen vergrößerten Kreis von 2 und 3) zwischen dem Ringventil 14 und dem Ende des Laufrads 12, in der radialen Richtung des Laufrads 12 gemessen, derart eingestellt, dass die folgende Bedingung gemäß einem Durchmesser D (mm) (siehe 3) an dem Auslass des Laufrads 12 erfüllt ist. 0,002D ≤ G ≤ 0,008D (1)
Ein Minimalwert des Spalts G wird eingestellt, indem Beschränkungen betrachtet werden, wie die Wärmeausdehnung des Laufrads 12 und des Ringventils 14 und ein radiales Spiel der Drehwelle 11. Das heißt, wenn der Spalt G kleiner als 0,002D ist, dann können sich das Laufrad 12 und das Ringventil 14 durch die Wärmeausdehnung des Laufrads 12 und des Ringventils 14 berühren, und es ist schwierig, das Spiel zwischen der Drehwelle 11 und dem Laufrad 12 während des Einbaus genau einzustellen. Wenn darüber hinaus die Montagegenauigkeit niedrig ist, kann an das Laufrad 12 das Ringventil 14 stoßen, wenn der Gasverdichter 100 arbeitet.
Ein Maximalwert des Spalts G wird eingestellt, indem die Funktionalität des Ringventils 14, die den Strömungsabriss und das Pumpen verhindert, betrachtet wird. Das heißt, wenn der Spalt G größer als 0,008D ist, strömt Gas rückwärts durch einen Zwischenraum zwischen dem Laufrad 12 und dem Ringventil 14, sodass der Strömungsabriss und das Pumpen bewirkt werden, und infolgedessen verschlechtern sich die Stabilität und der Wirkungsgrad des Gasverdichters 100 signifikant. Der Gasverdichter 100 der ersten beispielhaften Ausführungsform kann einen hohen Wirkungsgrad implementieren, da der Spalt G zwischen dem Ringventil 14 und dem Ende des Laufrads 12 derart eingestellt ist, dass er näher bei dem Minimalwert im Bereich der Bedingung (1) liegt.
Der Durchmesser D an dem Auslass des Laufrads 12 kann in dem Bereich von 10 bis 800 mm liegen, und in diesem Fall kann der Spalt G zwischen dem Ringventil 14 und dem Ende des Laufrads 12 auf den Bereich von 0,02 bis 6,4 mm gemäß Bedingung (1) eingestellt sein. Wenn der Gasverdichter 100 ein Hochgeschwindigkeits-Gasverdichter mit 7000 U/min oder mehr ist, kann, obwohl der Spalt G abhängig von dem Nennluftvolumen und -druck variieren kann, der Spalt G 0,2 mm betragen, wenn der Durchmesser D an dem Auslass des Laufrads 12 50 mm beträgt, und der Spalt G kann 2 mm betragen, wenn der Durchmesser D an dem Auslass des Laufrads 12 500 mm beträgt.
4 ist eine Draufsicht, die schematisch ein Laufrad 12 und ein Ringventil 14' in einem Gasverdichter gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt, in welchem ein Spalt G2 zwischen dem Ringventil 14' und dem Ende des Laufrads 12 größer als 0,008D ist. Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 wird der Grund beschrieben, warum eine Differenz der Stabilität und des Wirkungsgrades zwischen dem Gasverdichter der beispielhaften Ausführungsform, der Bedingung (1) erfüllt, und dem Gasverdichter des Vergleichsbeispiels, der Bedingung (1) nicht erfüllt, erzeugt wird. In den 3 und 4 stellt Pfeil B eine Drehrichtung des Laufrads 12 dar.
Zunächst unter Bezugnahme auf 3 hält das Ringventil 14 in dem Gasverdichter 100 der beispielhaften Ausführungsform den Spalt G, der Bedingung (1) erfüllt, von dem Ende des Laufrads 12 aus an dem Umfang des Laufrads 12 aufrecht. Wenn zum Beispiel der Durchmesser D an dem Auslass des Laufrads 12 200 mm beträgt, ist der Spalt G auf den Bereich von 0,4 bis 1,6 mm eingestellt.
Wenn in dem Gasverdichter 100 der beispielhaften Ausführungsform das Ringventil 14 absteigt, um den Diffusorkanal 17 abzudichten, ist das Laufrad 12 vollständig von der Verkleidung 13 und dem Ringventil 14 mit der Ausnahme eines Einlasses, in welchem externes Gas strömt, umgeben. Wenn der Anfangsbetrieb in diesem Zustand startet, kann Gas, das in den Zwischenräumen 19 zwischen den Blättern 16 verdichtet ist, nicht aus dem Laufrad 12 ausgetragen werden und rotiert ständig nur in dem gleichen Zwischenraum, während das Gas aufgrund der Fliehkraft nicht rückwärts gegen das Laufrad 12 strömen kann.
In 3 ist eine Drehrichtung des verdichteten Gases durch einen gestrichelten Pfeil angegeben. Deshalb ist die Gesamtheit der Zwischenräume 19 zwischen den Blättern 16 mit dem verdichteten Gas gefüllt, und externes Gas kann nicht länger an dem Einlass des Laufrads 12 angesaugt werden.
Während kein weiteres Gas als eine minimale Menge an Gas, die zu dem Anfangsbetrieb angesaugt wird, zusätzlich angesaugt wird, da die Drehgeschwindigkeit des Gasverdichters bis zur Nenndrehzahl zunimmt, kann infolgedessen ein lastfreier Betrieb implementiert werden, und der Strömungsabriss und das Pumpen, das aufgrund des Rückstromes von Gas hervorgerufen wird, kann verhindert werden. Selbst in dem Fall, dass das Gas aufgrund eines Problems in einem benutzten Raum, der an die Austragsspirale 18 angeschlossen ist, zurück zu dem Laufrad 12 strömt, kann ferner der Rückstrom von Gas verhindert werden, indem der Diffusorkanal 17 mit dem Ringventil 14 abgedichtet wird, wodurch der Strömungsabriss und das Pumpen effektiv unterdrückt werden.
Unter Bezugnahme auf 4 hält das Ringventil 14' in dem Gasverdichter des Vergleichsbeispiels den Spalt G2, der Bedingung (1) nicht erfüllt, von dem Ende des Laufrads 12 aus an dem Umfang des Laufrads 12 aufrecht. Wenn zum Beispiel der Durchmesser D an dem Auslass des Laufrad 12 200 mm beträgt, ist der Spalt G2 größer als 1,6 mm.
In dem Fall des Vergleichsbeispiels strömt Gas rückwärts durch einen Zwischenraum zwischen dem Laufrad 12 und dem Ringventil 14'. Das heißt, wenn sich das Laufrad 12 dreht, strömt verdichtetes Gas in den Zwischenräumen 19 zwischen den Blättern 16 rückwärts zu Zwischenräumen zwischen anderen Blättern in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Drehrichtung des Laufrads 12 durch einen Zwischenraum zwischen dem Laufrad 12 und dem Ringventil 14' zu Strömungen in Richtung des Einlasses des Laufrads 12. In 4 ist eine Strömungsrichtung des verdichteten Gases durch einen Pfeil angegeben. In dem Gasverdichter des Vergleichsbeispiels kann daher kein lastfreier Betrieb implementiert werden, und es werden der Strömungsabriss und das Pumpen, die aufgrund des Rückstromes von Gas hervorgerufen werden, zugelassen.
5 ist ein Graph, der eine Messung eines Schwingungszustandes in Abhängigkeit von einer Veränderung eines Spaltes G zwischen einem Ringventil und einem Ende eines Laufrads zeigt. In dem Gasverdichter, der in einem Experiment verwendet wird, beträgt der Durchmesser D an dem Auslass des Laufrads 200 mm, die Höhe des Blatts beträgt 18 mm, und das Experiment wird unter Raumtemperatur- und Luftdruckbedingungen durchgeführt. Der Spalt G zwischen dem Ringventil und dem Ende des Laufrads beträgt 0,4 mm oder mehr gemäß Bedingung (1), und ein Schwingungswert des Laufrads wird gemessen, während der Spalt um jeweils 0,2 mm vergrößert wird.
Unter Bezugnahme auf 5, wenn der Spalt G zwischen dem Ringventil und dem Ende des Laufrads zunimmt, nimmt der Schwingungswert allmählich zu, aber ein Bereich, in welchem der Spalt G gleich oder kleiner als 1,6 mm ist, gehört zu einem normalen Betriebsbereich. Im Gegensatz kann verifiziert werden, dass der Schwingungswert schnell zunimmt, während der Spalt G größer als 1,6 mm ist, sodass in einen anfänglichen Strömungsabriss- und Pumpbereich eingetreten wird. Aus dem Ergebnis von 5 sind die Stabilität und der Wirkungsgrad in dem Gasverdichter des Vergleichsbeispiels, der Bedingung (1) nicht erfüllt, beträchtlich verschlechtert.
In dem Gasverdichter 100 der ersten beispielhaften Ausführungsform weist das Ringventil 14 im Grunde eine Volumenstrom-Steuerfunktion auf und dient vorwiegender als Ventil, das den gesamten Auslass des Laufrads 12 schließt, sodass das verdichtete Gas nicht aus dem Laufrad 12 entweichen kann. Deshalb wird die Rückströmung von Gas verhindert, indem das Ringventil 14 verwendet wird, um den Strömungsabriss und das Pumpen effektiv zu verhindern.
Der Aktor 20 ist mechanisch mit dem Ringventil 14 und der Vielzahl von Schaufeln 15 gekoppelt und steuert nacheinander die Bewegung des Ringventils 14 und den Drehwinkel der Schaufel 15. Als Nächstes wird die Kopplungsstruktur des Ringventils 14, der Vielzahl von Schaufeln 15 und des Aktors 20 beschrieben.
Die 6 und 7 sind Explosionsperspektivansichten eines verstellbaren Diffusorsystems in dem in 1 gezeigten Gasverdichter 100.
Unter Bezugnahme auf die 6 und 7 ist die Vielzahl von Schaufeln 15 in regelmäßigen Intervallen in einer Umfangsrichtung des Diffusorkanals 17 an einem Abschnitt des Diffusorrahmens 30 angeordnet. Eine Schaufelwelle 21 ist an jeder Schaufel 15 befestigt, und ein Hohlraum 211, der die Schaufelwelle 21 durchdringt, ist an der Schaufelwelle 21 in einer radialen Richtung gebildet.
Der Diffusorrahmen 30 umfasst einen ersten Flansch 31 und einen zweiten Flansch, die voneinander beabstandet sind, und einen Anschlussflansch 33, der ein inneres Ende des zweiten Flansches 32 an ein inneres Ende des ersten Flansches 31 anschließt. Eine Vielzahl von ersten Öffnungen 301 zum Montieren der Schaufelwelle 21 ist in dem ersten und zweiten Flansch 31 und 32 in regelmäßigen Intervallen in einer Umfangsrichtung angeordnet.
Der Aktor 20 umfasst einen inneren Führungsring 22, der die Vielzahl von Schaufelwellen 21 umgibt, eine Vielzahl von Kugelhebeln 23, die den inneren Führungsring 22 mit den Schaufelwellen 21 koppeln, einen äußeren Führungsring 24, der einstückig an das Ringventil 14 angeschlossen ist, während er den inneren Führungsring 22 umgibt, und eine Vielzahl von Befestigungsstiften 25, die den äußeren Führungsring 24 mit dem inneren Führungsring 22 koppeln.
Eine Vielzahl von zweiten Öffnungen 221, die den inneren Führungsring 22 in der radialen Richtung des Laufrads 12 durchdringen, ist in dem inneren Führungsring 22 in regelmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung angeordnet. Wenn die Schaufelwelle 21 die ersten Öffnungen 301 des Diffusorrahmens 30 zur Kopplung mit dem Diffusorrahmen 30 durchdringt, ist der innere Führungsring 22 derart außerhalb des Anschlussflansches 33 und des zweiten Flansches 32 platziert, dass er die Vielzahl von Schaufelwellen 21 umgibt. In diesem Fall sind der Hohlraum 211 der Schaufelwelle 21 und die zweiten Öffnungen 221 des inneren Führungsrings 22 derart platziert, dass sie einander in der radialen Richtung zugewandt sind.
Der Kugelhebel 23 durchdringt die zweiten Öffnungen 221 des inneren Führungsrings 22 und des Hohlraums 211 der Schaufelwelle 21 zur Befestigung an der Schaufelwelle 21. Der Kugelhebel 23 umfasst ein Kugelelement 231, das nahe an einer Seitenwand der zweiten Öffnung 221 des inneren Führungsrings 22 angebracht ist, und ein Stützelement 232, das in den Hohlraum 211 zur Befestigung an der Schaufelwelle 21 eingesetzt ist. Wenn sich der innere Führungsring 22 dreht, dreht sich daher die Schaufelwelle 21 durch den Kugelhebel 23 zusammen in Verbindung mit dem inneren Führungsring 22.
Ein Anschlagelement 26, das eine Drehgeschwindigkeit des inneren Führungsrings 22 steuert, ist in dem Diffusorrahmen 30 und dem inneren Führungsring 22 eingebaut. Das Anschlagelement 26 umfasst ein Paar erste Stäbe 27, die an einer Fläche des inneren Führungsrings 22 mit einem Abstand voneinander in der Umfangsrichtung positioniert sind, und einen zweiten Stab 28, der an dem Diffusorrahmen 30 befestigt ist und derart vorsteht, dass ein Abschnitt davon zwischen dem Paar ersten Stäben 27 positioniert ist. Das Paar erste Stäbe 27 ist voneinander um einen maximalen Drehabstand des inneren Führungsrings 22 beabstandet angeordnet, und die Drehung des inneren Führungsrings 22 wird begrenzt, während irgendeiner von dem Paar ersten Stäben 27 an dem zweiten Stab 28 vorsteht.
Indessen ist in der Schaufelwelle 21 ein Innenraum gebildet, in den eine Befestigungsschraube 29 eingesetzt ist, um den Kugelhebel 23 sicher mit der Befestigungsschraube 29 zu befestigen. Ferner ist eine Vielzahl von dritten Öffnungen 331, die den Anschlussflansch 33 in der radialen Richtung des Laufrads 12 durchdringen, in dem Anschlussflansch 33 gebildet. Bei Demontage des verstellbaren Diffusorsystems wird der Kugelhebel 23 herausgeschoben, indem ein Werkzeug von der Innenseite des Anschlussflansches 33 aus in die dritte Öffnung 331 gedrückt wird, um dadurch den Kugelhebel 23 von der Schaufelwelle 21 zu trennen.
Der äußere Führungsring 24 ist parallel zu dem Ringventil 14 angeordnet und einstückig mit den Ringventil 14 durch ein Verbindungsstück 34 gebildet. 8 ist eine Querschnittsansicht des äußeren Führungsrings 24, des Ringventils 14 und des Verbindungsstücks 34 in dem in 7 gezeigten verstellbaren Diffusorsystem. Unter Bezugnahme auf 8 ist der äußere Führungsring 24 niedriger als das Ringventil 14, und das Verbindungsstück 34 verbindet das Ende des Ringventils 14 und das Ende des äußeren Führungsrings 24 einstückig.
Unter Rückbezug auf die 6 und 7 sind ein oder mehrere schräge Gleitlöcher 35 in dem äußeren Führungsring 24 gebildet. Als ein Beispiel können vier schräge Gleitlöcher 35 in der Umfangsrichtung des äußeren Führungsrings 24 angeordnet sein. Die Befestigungsstifte 25 sind in gleicher Zahl wie die schrägen Gleitlöcher 35 vorgesehen, und jeder der Befestigungsstifte 25 ist an dem inneren Führungsring 22 durch das schräge Gleitloch 35 hindurch befestigt.
9 ist eine Perspektivansicht eines kombinierten Zustandes des verstellbaren Diffusorsystems in dem in 1 gezeigten Gasverdichter 100.
Unter Bezugnahme auf 9 ist ein elastisches Element 36 zwischen dem Diffusorrahmen 30 und dem Befestigungsstift 25 eingebaut. Ein Ende des elastischen Elements 36 ist an dem Diffusorrahmen 30 befestigt, und das entgegengesetzte Ende des elastischen Elements 36 ist an dem Befestigungsstift 25 befestigt. Das elastische Element 36 übt eine Kraft aus, um den Befestigungsstift 25 unter Verwendung einer Rückstellkraft in einer Uhrzeigerrichtung (auf der Basis der Figur) zu ziehen.
Zusätzlich ist ein Steuerarm 37 an dem äußeren Führungsring 24 angebracht, um die Drehung des äußeren Führungsrings 24 durch Betätigen des Steuerarms 37 zu steuern. Der Steuerarm 37 ist an eine Steuereinheit 38 angeschlossen, die Betriebsbedingungen des Gasverdichters 100 erfasst, wie etwa einen Volumenstrom von Gas, das durch das Laufrad 12 hindurchtritt, eine Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Laufrads 12, den Rückstrom von Gas, der aufgrund eines Problems in einem verwendeten Platz hervorgerufen wird, und wird durch einen Befehl von der Steuereinheit 38 betätigt.
Unter Bezugnahme auf die 9 bis 13 wird ein Verfahren zum Steuern des Volumenstroms des Gasverdichters 100 unter Verwendung des verstellbaren Diffusorsystems beschrieben. Eine ”Uhrzeigerrichtung” und eine ”Gegenuhrzeigerrichtung”, die nachstehend beschrieben werden, beruhen auf den Figuren.
Die 10 und 11 zeigen Zustände des Ringventils 14 und der Schaufel 15 für den Anfangsbetrieb. Unter Bezug auf 10 und 11 steigen der äußere Führungsring 24 und das Ringventil 14 in dem Anfangsbetrieb ab, sodass das Ringventil 14 den Diffusorkanal 17 abdichtet. Zusätzlich hält die Vielzahl von Schaufeln 15 einen geschlossenen Zustand aufrecht, um eine Fläche des Diffusorkanals 17 außerhalb des Ringventils 14 zu minimieren (Schritt S1).
In diesem Fall ist ein Befestigungsstift 25 an einem oberen Ende eines schrägen Gleitlochs 35 positioniert. Zusätzlich zieht ein elastisches Element 36 den Befestigungsstift 25 in der Uhrzeigerrichtung unter Verwendung einer Rückstellkraft, aber der innere Ringventil 22 kann durch das Anschlagelement 26 nicht länger in der Uhrzeigerrichtung bewegt werden. Deshalb ist ein Winkel der Schaufel 15 bei einer minimalen Entwurfs-Volumenstromposition begrenzt.
Wie es oben beschrieben ist, kann, wenn der Betrieb des Gasverdichters 100 beginnt, wobei der Diffusorkanal 17 mit dem Ringventil 14 abgedichtet ist, ein lastfreier Betrieb implementiert werden, wie es oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde. Darüber hinaus können der Strömungsabriss und das Pumpen unterdrückt werden, indem der Rückstrom des verdichteten Gases verhindert wird.
Danach werden der Steuerarme 37 und der äußere Führungsring 24 für den Normalbetrieb in der Gegenuhrzeigerrichtung gedreht. Deshalb dient der Befestigungsstift 25, wie es in 9 gezeigt ist, als eine Schrägführung, sodass der äußere Führungsring 24 von dem Diffusorrahmen 30 ansteigt. Deshalb steigt das Ringventil 14 an, um den Diffusorkanal 17 zu öffnen (Schritt S2).
Da in diesem Fall das elastische Element 36 den Befestigungsstift 25 in der Uhrzeigerrichtung zieht, halten der innere Führungsring 22 und die damit verbundene Schaufel 15 die minimale Volumenstromposition aufrecht, ohne sich zu bewegen. In Schritt 52 ist der Befestigungsstift 25 an einem unteren Ende des schrägen Gleitlochs 35 positioniert.
Danach werden der Steuerarm 37 und der äußere Führungsring 24 weiter in der Gegenuhrzeigerrichtung gedreht. Deshalb überwindet der äußere Führungsring 24, wie es in den 12 und 13 gezeigt ist, die Rückstellkraft des elastischen Elements 36, die auf dem Befestigungsstift 25 aufgebracht wird, ohne eine Veränderung der Höhe, und zieht und dreht den Befestigungsstift 25 in der Gegenuhrzeigerrichtung. Infolgedessen wird die Schaufel 15 geöffnet, während der Befestigungsstift 25 und der innere Führungsring 22 und die Schaufelwelle 21 sich bewegen, um eine Fläche des Diffusorkanals 17 zu vergrößern (Schritt S3). Während dieses Prozesses bewegt sich der Befestigungsstift 25, bis die Drehung des inneren Führungsrings 22 durch das Anschlagelement 26 gestoppt wird.
Als Nächstes ist eine Betriebsabfolge für das Stoppen entgegengesetzt zu dem oben erwähnten Prozess.
Das heißt, in 12, wenn sich der Steuerarm 37 in der Uhrzeigerrichtung dreht, zieht das elastische Element 36 den Befestigungsstift 25 in der Uhrzeigerrichtung, sodass der Befestigungsstift 25 nicht als die Schrägführung mit Bezug auf den äußeren Führungsring 24 dienen kann. Deshalb kann sich der äußere Führungsring 24 nur in der Uhrzeigerrichtung ohne Veränderung der Höhe drehen, und der Befestigungsstift 25, der durch die Rückstellkraft des elastischen Elements 36 gezogen wird, bewegt sich in der Uhrzeigerrichtung, um die Schaufel 15 zu schließen (Schritt S4, siehe 9). Während dieses Prozesses bewegt sieh der Befestigungsstift 25, bis die Drehung des inneren Führungsrings 22 durch das Anschlagelement 26 gestoppt wird.
Wenn zusätzlich, in 9, der Steuerarm 37 weiter in der Uhrzeigerrichtung gedreht wird, dient der Befestigungsstift 25 als die Schrägführung, und infolgedessen steigen der äußere Führungsring 24 und das Ringventil 14 ab, um den Diffusorkanal 17 abzudichten, wie es in 11 gezeigt ist (Schritt S5). Selbst für einen Zeitraum von dem Normalbetrieb bis zu dem Stopp des Laufrads 12 kann daher das Pumpen effektiv unterdrückt werden.
Wie es oben beschrieben ist, kann in dem Gasverdichter 100 der beispielhaften Ausführungsform eine mechanische Ausgestaltung für die Steuerung vereinfacht sein, da das Ringventil 14 und die Vielzahl von Schaufeln 15 gemeinsam durch die Verwendung eines einzigen Aktors 20 gesteuert werden. Da darüber hinaus in dem Gasverdichter 100 der beispielhaften Ausführungsform das Ringventil 14 und die Schaufel 15 nacheinander angetrieben werden, kann ein Volumenstrombereich, der mit dem verstellbaren Diffusorsystem gesteuert werden kann, auf die maximalen 100% ausgedehnt werden. In der beispielhaften Ausführungsform liegt ein Volumenstrom-Steuerbereich des Ringventils 14 annähernd in dem Bereich von 0 bis 45%, und ein Volumenstrom-Steuerbereich der Schaufel 15 liegt annähernd in dem Bereich von 45 bis 100%.
Indessen ist in den 1 bis 3 eine Struktur gezeigt, in der Zwischenräume zwischen Blättern 16 miteinander über eine Flügelfläche 161 innerhalb einer Verkleidung 13 in Verbindung stehen, aber eine Struktur, in der eine Abdeckplatte (nicht gezeigt) an der Flügelfläche 161 befestigt ist, um die Zwischenräume zwischen den Blättern 16 voneinander an der Flügelfläche 161 zu trennen, kann ebenfalls angewandt werden.
Das heißt in dem Fall der letzteren, sind die Zwischenräume zwischen den Blättern 16 durch die Abdeckplatte außer an einem Einlass des Laufrads 12, in welchen Gas einströmt, und einem Auslass (eine Randfläche), durch den verdichtetes Gas ausgetragen wird, getrennt. Die Abdeckplatte rotiert zusammen mit dem Laufrad 12 und hält einen Abstand von der Verkleidung 13 innerhalb der Verkleidung 13 aufrecht. In dem Fall der letzteren ist die Form des Gasverdichters 100 gleich wie die Struktur der oben erwähnten beispielhaften Ausführungsform mit der Ausnahme der Abdeckplatte, und ein Spalt G zwischen dem Ringventil 14 und dem Ende des Laufrads 12 erfüllt ebenfalls die oben beschriebene Bedingung (1).
14 ist eine Teilschnittansicht eines Gasverdichters 200 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 15 ist ein teilweise vergrößertes Schaubild des in 14 gezeigten Gasverdichters 200 und zeigt einen Zustand, in welchem ein Ringventil 141 in Richtung einer Austragsspirale 18 absteigt, um einen Diffusorkanal 17 abzudichten.
Unter Bezugnahme auf die 14 und 15 umfasst der Gasverdichter 200 der zweiten beispielhaften Ausführungsform eine Drehwelle 11, ein Laufrad 12, eine Verkleidung 132, ein Ringventil 141, eine Vielzahl von Schaufeln 15 (in 14 ist eine Schaufel gezeigt) und einen Aktor 40.
Der Gasverdichter 200 der zweiten beispielhaften Ausführungsform weist die gleiche Ausgestaltung wie der Gasverdichter 100 der ersten beispielhaften Ausführungsform mit Ausnahme der Formen des Ringventils 141 und des Aktors 40 und des Diffusorrahmens 50 auf. Die gleichen Bezugszeichen verweisen auf die gleichen Elemente wie bei der ersten beispielhaften Ausführungsform, und Elemente, die sich von der ersten beispielhaften Ausführungsform unterscheiden, werden vorwiegend nachstehend beschrieben.
16 ist eine Explosionsperspektivansicht eines verstellbaren Diffusorsystems in dem in 14 gezeigten Gasverdichter 200, und 17 ist ein teilweise vergrößertes Schaubild von 16.
Unter Bezugnahme auf die 16 und 17 ist die Vielzahl von Schaufeln 15 in regelmäßigen Intervallen in einer Umfangsrichtung des Diffusorkanals 17 an einem Abschnitt des Diffusorrahmens 50 angeordnet, und eine Schaufelwelle 21 ist an jeder Schaufel 15 befestigt.
Der Diffusorrahmen 50 umfasst einen ringförmigen Flansch 51 und einen zylindrischen Stützabschnitt 52, der sich von der Innenseite des Flansches 51 mit einer vorbestimmten Höhe erstreckt. Der Flansch 51 ist derart platziert, dass er der Austragsspirale 18 innerhalb der Verkleidung 132 zugewandt ist, um den Diffusorkanal 17 zwischen dem Flansch 51 und der Austragsspirale 18 zu bilden. Der Stützabschnitt 52 erstreckt sich in einer Richtung weiter von der Austragsspirale 18 von der Innenseite des Flansches 51 weg.
Eine Vielzahl von Schaufellöchern 53, die den Stützabschnitt 52 in einer Richtung parallel zu der Drehwelle 11 durchdringen, ist in dem Stützabschnitt 52 gebildet. Zusätzlich ist jede Schaufelwelle 21 in das Schaufelloch 53 eingesetzt, sodass die Schaufel 15 und die Schaufelwelle 21 durch den Diffusorrahmen 50 abgestützt sind. In diesem Fall ist die Länge der Schaufelwelle 21 größer als die Höhe des Stützabschnitts 52, und nachdem die Schaufelwelle 21 mit dem Diffusorrahmen 50 gekoppelt ist, ragt das Ende der Schaufelwelle 21 aus dem Stützabschnitt 52 hervor.
Das Ende der Schaufelwelle 21 ist an einem Ende eines Verbindungselements 41 befestigt, und eine Führungswelle 42 ist an einem entgegengesetzten Ende des Verbindungselements 41 mit einem vorbestimmten Abstand von der Schaufelwelle 21 befestigt. Das Verbindungselement 41 und die Führungswelle 42 sind in gleicher Zahl wie die Schaufelwellen 21 vorgesehen, und die Führungswelle 42 ist kürzer als die Schaufelwelle 21. Da die Schaufelwelle 21 durch das Verbindungselement 41 an die Führungswelle 42 angeschlossen ist, dreht sich die Schaufelwelle 21, wenn die Führungswelle 42 sich drehend um die Schaufelwelle 21 bewegt, um Öffnungs- und Schließgrade der Schaufel 15 zu steuern.
Das Ringventil 141 ist mit der Innenseite des Stützabschnitts 52 gekoppelt, und eine Außenfläche des Ringventils 141 ist nahe an der Innenfläche des Stützabschnitts 52 angebracht. Eine Vielzahl von schrägen Gleitlöchern 54, die den Stützabschnitt 52 in der radialen Richtung des Laufrads 12 durchdringen, ist in dem Stützabschnitt 52 gebildet. Das schräge Gleitloch 54 ist zwischen zwei benachbarten Schaufellöcher 53 positioniert, die sich nicht an das Schaufelloch 53 anschließen sollen, und derart platziert, dass es in einer Richtung parallel zur Drehwelle 11 schräg ist.
18 ist eine Perspektivansicht, die einen kombinierten Zustand des Diffusorrahmens 50 und des Ringventils 141, die in 17 gezeigt sind, zeigt.
Unter Bezugnahme auf 18 durchdringt eine Vielzahl von Befestigungsnasen 55, nachdem das Ringventil 141 mit der Innenseite des Stützabschnitts 52 gekoppelt ist, die schrägen Gleitlöcher 54 außerhalb des Stützabschnitts 52 und wird danach an dem Ringventil 141 befestigt. In diesem Fall ragt das Ende der Befestigungsnase 55 aus dem Stützabschnitt 52 heraus. Zusätzlich ist die Breite der Befestigungsnase 55 kleiner als die des schrägen Gleitlochs 54, sodass die Befestigungsnase 55 sich in einer Längsrichtung des schrägen Gleitlochs 54 bewegt.
Wenn die Befestigungsnase 55 an denn Ende des schrägen Gleitlochs 54 angeordnet ist, das fern von dem Flansch 51 liegt, ist das Ringventil 141 mit einem Abstand von der Austragsspirale 18 positioniert, um den Diffusorkanal 17 zu öffnen. Wenn im Gegensatz dazu die Befestigungsnase 55 an dem Ende des schrägen Gleitlochs 54 in Richtung des Flanschs 51 positioniert ist, berührt das Ringventil 141 die Austragsspirale 18, um den Diffusorkanal 17 abzudichten. Ersteres ist durch eine durchgezogene Linie angegeben, und letzteres ist durch gestrichelte Linien angegeben.
Nun wieder unter Bezugnahme auf die 16 und 17 ist ein ringförmiges Steuerelement 43 außerhalb des Stützabschnitts 52 eingebaut. Das Steuerelement 43 ist mit der Befestigungsnase 55 gekoppelt, um die Befestigungsnase 55 zu bewegen, wodurch Vorwärts- und Rückwärtsbewegungsbewegungen des Ringventils 141 gesteuert werden. Gleichzeitig ist das Steuerelement 43 auch mit der Führungswelle 42 gekoppelt, um die Führungswelle 42 drehbar zu bewegen, wodurch ein Drehwinkel der Schaufel 15 gesteuert wird. In dem Gasverdichter 200 der zweiten beispielhaften Ausführungsform bilden das Steuerelement 43, die Vielzahl von Verbindungselementen 41, die Vielzahl von Führungswellen 42 und die Vielzahl. von Befestigungsnasen 55 den Aktor 40.
Eine Vielzahl von Führungsnuten 433 ist an einer Fläche des Steuerelements 43 in der radialen Richtung gebildet. Zusätzlich sind zweite Führungsnuten 432, die sich an die ersten Führungsnuten 431 anschließen, in einer Umfangsrichtung des Steuerelements 43 gebildet. Die ersten und zweiten Führungsnuten 431 und 432 sind in gleicher Zahl wie die Schaufelwellen 21 vorgesehen. Darüber hinaus sind dritte Führungsnuten 433 an einer Innenfläche des Steuerelements 43 in einer Dickenrichtung des Steuerelements 43 gebildet. Die dritten Führungsnuten 433 sind in gleicher Zahl wie die Befestigungsnasen 55 vorgesehen und mit den zweiten Führungsnuten 432 verbunden.
Die Führungswelle 42 ist in den ersten und zweiten Führungsnuten 431 und 432 aufgenommen, um sich entlang der ersten und zweiten Führungsnuten 431 und 432 zu bewegen, wenn das Steuerelement 43 rotiert. Die Befestigungsnase 55 ist in der dritten Führungsnut 433 aufgenommen, um sich entlang der dritten Führungsnut 433 zu bewegen, wenn sich das Steuerelement 43 dreht. Ein Steuerarm 37, der Drehleistung auf das Steuerelement 43 überträgt, ist an einer Außenfläche des Steuerelements 43 positioniert. Der Steuerarm 37 ist an die Steuereinheit 38 zur Betätigung durch den Befehl von der Steuereinheit 38 angeschlossen.
19 ist eine Seitenansicht von rechts des verstellbaren Diffusorsystems in dem in 14 gezeigten Gasverdichter 200, und 20 ist eine teilweise vergrößerte Perspektivansicht, die einen Teil des Steuerelements 43 und der Führungswelle 42 und die Befestigungsnase 55 in einer in 19 gezeigten Ausgestaltung des verstellbaren Diffusorsystems zeigt.
Unter Bezugnahme auf die 19 und 20 steuert das Steuerelement 43 nacheinander die Position des Ringventils 141 und den Drehwinkel der Schaufel 15 abhängig von der Drehrichtung und dem Drehwinkel. Das heißt ein Bewegungsbetrag des Ringventils 141 wird durch die Drehung des Steuerelements 43 in einem ersten Teilstück zwischen Punkt (a) und Punkt (b) gesteuert. Zusätzlich wird der Drehwinkel der Schaufel 15 durch die Drehung des Steuerelements 43 in einem zweiten Teilstück zwischen Punkt (b) und Punkt (c) gesteuert.
Zunächst ist die Befestigungsnase 55 an Punkt (a) an dem Ende des schrägen Gleitlochs 54 in Richtung der Austragsspirale 18 positioniert (siehe eine Markierung mit gestricheltem Linienzug von 18). Daher berührt das Ringventil 141 die Austragsspirale 18, um den Diffusorkanal 17 abzudichten. In diesem Fall ist das Ende der Befestigungsnase 55 an dem Ende der dritten Führungsnut 433 in Richtung der Austragsspirale 18 positioniert. Darüber hinaus ist die Führungswelle 42 an Punkt (a) an dem Ende der zweiten Führungsnut 432 positioniert, die fern von der ersten Führungsnut 431 liegt. In diesem Zustand ist ein schräger Winkel der Schaufel 15 zu einer Tangentenlinie der Außenfläche des Ringventils 141 minimiert, um eine Fläche des Diffusorkanals 17 zu verringern.
Wenn sich der Steuerarm 37 in Richtung zu Punkt (b) von Punkt (a) bewegt, um das Steuerelement 43 in der Gegenuhrzeigerrichtung zu drehen, bewegt sich die Befestigungsnase 55 in einer Richtung, die fern von der Austragsspirale 18 liegt, entlang der dritten Führungsnut 433. Daher bewegt sich das Ringventil 141 rückwärts, um den Diffusorkanal 17 zu öffnen.
Die Position der Führungswelle 42 variiert in einem ersten Teilstück nicht, aber die Führungswelle 42 ist an dem Ende der zweiten Führungsnut 432, die mit der ersten Führungsnut 431 an Punkt (b) verbunden ist, aufgrund der Drehung des Steuerelements 43 positioniert. Da die Position der Führungswelle 42 in dem ersten Teilstück nicht variiert, hält die Schaufel 15 den geschlossenen Zustand wie er ist aufrecht. Wie es oben beschrieben ist, kann der Bewegungsbetrag des Ringventils 14 in dem ersten Teilstück ohne Veränderung des Drehwinkels der Schaufel 15 gesteuert werden.
Wenn sich der Steuerarm 37 in Richtung des Punktes (c) von Punkt (b) bewegt, um das Steuerelement 43 weiter in der Gegenuhrzeigerrichtung zu drehen, bewegt sich die Führungswelle 42 gleitend entlang der ersten Führungsnut 431, um die Schaufelwelle 21 zu drehen. Daher dreht sich die Schaufel 15 derart, dass der schräge Winkel der Schaufel 15 zu der Tangentenlinie der Außenfläche des Ringventils 141 maximiert ist, wodurch die Fläche des Diffusorkanals 17 vergrößert wird.
Die Position der Befestigungsnase 55 variiert in dem zweiten Teilstück nicht, aber die Befestigungsnase 55 ist aufgrund der Drehung des Steuerelements 43 an dem Ende der zweiten Führungsnut 432, die mit der ersten Führungsnut 431 an Punkt (c) verbunden ist, positioniert. Da die Position der Befestigungsnase 55 in dem zweiten Teilstück nicht variiert, hält das Ringventil 141 den geöffneten Zustand wie er ist aufrecht. Wie es oben beschrieben ist, kann der Drehwinkel der Schaufel 15 in dem zweiten Teilstück ohne die Bewegung des Ringventils 141 gesteuert werden.
Unter Bezugnahme auf die 21 bis 23 wird ein Verfahren zum Steuern des Volumenstroms unter Verwendung des verstellbaren Diffusorsystems beschrieben.
21 ist eine Perspektivansicht, die Zustände des Ringventils 141 und der Schaufel 15 an Punkt (a), der in 19 gezeigt ist, zeigt.
Unter Bezugnahme auf 21 steigt das Ringventil 141 in einem Anfangsbetrieb von dem Diffusorrahmen 50 an, um den Diffusorkanal 17 abzudichten. Zusätzlich hält die Vielzahl von Schaufeln 15 den geschlossenen Zustand aufrecht, um eine Fläche des Diffusorkanals 17 außerhalb des Ringventils 141 zu verringern (Schritt S1). Wenn, wie es oben beschrieben ist, der Betrieb des Gasverdichters 200 beginnt, wobei der Diffusorkanal 17 mit dem Ringventil 141 abgedichtet ist, kann ein lastfreier Betrieb implementiert werden. Darüber hinaus können Strömungsabriss und Pumpen unterdrückt werden, indem ein Rückstrom von verdichtetem Gas verhindert wird.
22 ist eine Perspektivansicht, die Zustände des Ringventils 141 und der Schaufel 15 an Punkt (b) der in 19 gezeigt ist, zeigt.
Unter Bezugnahme auf 22 bewegt die Befestigungsnase 55 das Ringventil 141 rückwärts, wenn der Steuerarm 37 und das Steuerelement 43 in der Gegenuhrzeigerrichtung gedreht werden (auf der Basis von 19) für einen Normalbetrieb, während sie sich entlang der dritten Führungsnut 433 bewegt, um den Diffusorkanal 17 an der Position des Ringventils 141 zu öffnen (Schritt S2). In diesem Fall hält die Vielzahl von Schaufeln 15 den Anfangszustand wie er ist aufrecht.
23 ist eine Perspektivansicht, die Zustande des Ringventils 141 und der Schaufel 15 an Punk (c), der in 19 gezeigt ist, zeigt.
Unter Bezugnahme auf 23 dreht die Führungswelle 42 die Schaufelwelle 21, wenn der Steuerarm 37 und das Steuerelement 43 weiter in der Gegenuhrzeigerrichtung (auf der Basis von 19) gedreht werden, während sie sich entlang der ersten Führungsnut 431 bewegt. Daher bewegen sich die Vielzahl von Schaufeln 15 in die Position des maximalen Volumenstroms, um den Diffusorkanal 17 zu öffnen (Schritt S3).
Der Normalbetrieb wird in Schritt S3 durchgeführt, und die Fläche des Diffusorkanals 17 wird zur Stabilisierung des Luftstroms verstellt, um die Schaufel 15 in Abhängigkeit vom Betriebszustand, der von der Steuereinheit 38 erfasst wird, zu steuern. Wenn darüber hinaus, der Rückstrom von Gas in Richtung des Laufrads, der aufgrund eines Problems in einem benutzten Platz hervorgerufen wird, im Normalbetrieb erfasst wird, kehrt das verstellbare Diffusorsystem in eine in 11 gezeigte Anfangsposition zurück, um den Diffusorkanal 17 mit dem Ringventil 141 abzudichten, wodurch das Pumpen verhindert wird.
Eine Betriebsabfolge für den Stopp erfolgt in der umgekehrten Reihenfolge zu dem oben erwähnten Prozess.
Wenn der Steuerarm 37 und das Steuerelement 43 in der Uhrzeigerrichtung (auf der Basis von 19) gedreht werden, wird die Fläche des Diffusorkanals 17 verringert, während die Schaufel 15 geschlossen ist, wie es in 22 gezeigt ist (Schritt S4). Wenn danach der Steuerarm 37 und das Steuerelement 43 weiter in der Uhrzeigerrichtung (auf der Basis von 19) gedreht werden, steigt das Ringventil 141 von dem Diffusorrahmen 50 an, um den Diffusorkanal 17 abzudichten, wie es in 21 gezeigt ist (Schritt S5). Auch für einen Zeitraum von dem Normalbetrieb bis zum Stopp des Laufrads 12 kann daher das Pumpen effektiv unterdrückt werden.
24 ist eine Teilschnittansicht eines Gasverdichters 300 gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 24 weist der Gasverdichter 300 der dritten beispielhaften Ausführungsform eine Ausgestaltung auf, in der eine Vielzahl von Schaufeln 15 und ein Ringventil 141 durch unterschiedliche Aktoren anders als wie bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform gesteuert werden. Das heißt der Gasverdichter 300 der dritten beispielhaften Ausführungsform umfasst einen ersten Aktor 60, der mit der Schaufelwelle 21 gekoppelt ist, um den Drehwinkel der Schaufel 15 zu steuern, und einen zweiten Aktor 70, der Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des Ringventils 142 steuert, indem Druckluft verwendet wird.
Grundlegende Ausgestaltungen und Arbeitsabläufe der Schaufel 15 und des Ringventils 142 sind gleich wie in der zweiten beispielhaften Ausführungsform mit Ausnahme der Strukturen der ersten und zweiten Aktoren 60 und 70. Die gleichen Bezugszeichen beziehen sich auf die gleichen Elemente wie bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform, und Elemente, die sich von der zweiten beispielhaften Ausführungsform unterscheiden, werden vorwiegend nachstehend beschrieben.
25 ist eine Explosionsperspektivansicht eines verstellbaren Diffusorsystems in dem in 24 gezeigten Gasverdichter 300, und 26 ist eine Seitenansicht von rechts des in 24 gezeigten verstellbaren Diffusorsystems.
Unter Bezugnahme auf die 25 und 26 sind die Formen der Schaufel 15 und der Schaufelwelle 21 gleich wie in der zweiten beispielhaften Ausführungsform. Die Form eines Diffusorrahmens 56 ist gleich wie in der zweiten beispielhaften Ausführungsform, außer dass kein schräges Gleitloch in dem Stützabschnitt 52 gebildet ist, sondern eine erste Düse 71, die nachstehend beschrieben wird, in dem Diffusorrahmen 56 gebildet ist.
Eine Vielzahl von ersten. Führungsnuten 441 ist an einer Fläche eines Steuerelements 44 in einer radialen Richtung gebildet. Nachdem die Schaufelwelle 21 mit dem Diffusorrahmen 56 gekoppelt ist, ragt deren Ende aus dem Stützabschnitt 52 heraus, und das Ende der Schaufelwelle 21 ist an einem Ende eines Verbindungselements 41 befestigt. Eine Führungswelle 42 ist an einem entgegengesetzten Ende des Verbindungselements 41 mit einem vorbestimmten Abstand von der Schaufelwelle 21 befestigt. Die Führungswelle 42 ist in der ersten Führungsnut 441 aufgenommen, und das Verbindungselement 41 ist parallel zu der radialen Richtung platziert. Ein Steuerarm 37, der Drehleistung auf das Steuerelement 44 überträgt, ist an einer Außenfläche des Steuerelements 44 positioniert.
In der dritten beispielhaften Ausführungsform bilden die Vielzahl von Verbindungselementen 41, die Vielzahl von Führungswellen 42 und das Steuerelement 44 den ersten Aktor 60. Wenn das Steuerelement 44 in der Uhrzeigerrichtung (auf der Basis von 26) gedreht wird, wird die Fläche des Diffusorkanals 17 vergrößert, indem die Schaufelwelle 21 und die Schaufel 15 in der gleichen Richtung gedreht werden, während sich die Führungswelle 42 entlang der ersten Führungsnut 441 in der Uhrzeigerrichtung dreht. Wenn im Gegensatz dazu das Steuerelement 44 in der Gegenuhrzeigerrichtung (auf der Basis von 26) gedreht wird, wird die Fläche des Diffusorkanals 17 verkleinert, indem die Schaufelwelle 21 und die Schaufel 15 in der gleichen Richtung gedreht werden, während sich die Führungswelle 42 entlang der ersten Führungsnut 441 in der Gegenuhrzeigerrichtung dreht.
27 ist ein teilweise vergrößertes Schaubild des in 24 gezeigten Gasverdichters 300 und zeigt einen Zustand, in welchen das Ringventil 142 sich vorwärts in Richtung der Austragsspirale 18 bewegt, um den Diffusorkanal 17 abzudichten.
Unter Bezugnahme auf die 25 und 27 ist ein Erweiterungsring 143 an einer Außenfläche des Ringventils 142 gebildet, und die Außenfläche des Erweiterungsrings 143 ist mit der Innenseite des Stützabschnitts 152 gekoppelt, sodass er nahe an einer Innenfläche des Stützabschnitts 52 angebracht ist. Eine obere Abdeckung 45 ist zwischen dem Stützabschnitt 52 und dem Ringventil 142 eingebaut, und die obere Abdeckung 45 ist an dem Stützabschnitt 52 durch eine Schraubverbindung befestigt. Das Ringventil 142 hält einen Spalt G von dem Ende des Laufrads 12, der Bedingung (1) erfüllt, in der radialen Richtung des Laufrads 12 an dem Auslass des Laufrads 12 wie in der zweiten beispielhaften Ausführungsform aufrecht.
Der zweite Aktor 70 umfasst eine erste Düse 71, die in der oberen Abdeckung 45 und dem Stützabschnitt 52 gebildet ist und Druckluft in Richtung einer Fläche (eine linksseitige Fläche des Erweiterungsrings auf der Basis von 27) des Erweiterungsrings 143 in Richtung des Diffusorkanals 17 bläst, und eine zweite Düse 72, die an der oberen Abdeckung 45 gebildet ist und Druckluft in Richtung der anderen Fläche (eine rechtsseitige Fläche des Erweiterungsrings auf der Basis von 27) des Erweiterungsrings 143, die fern von dem Diffusorkanal 17 liegt, bläst.
Wenn die erste Düse 71 geöffnet wird, um die Druckluft durch die erste Düse 71 zu blasen, bewegt der Erweiterungsring 143 daher das Ringventil 142 durch Aufnahme einer Kraft rückwärts in einer Richtung, die fern von der Austragsspirale 18 liegt, um den Diffusorkanal 17 zu öffnen. Wenn im Gegensatz dazu die zweite Düse 72 geöffnet wird, um die Druckluft durch die zweite Düse 72 zu blasen, bewegt der Erweiterungsring 143 das Ringventil 142 durch Aufnahme einer Kraft vorwärts in Richtung der Austragsspirale 18, um den Diffusorkanal 17 abzudichten.
In dem verstellbaren Diffusorsystem der dritten beispielhaften Ausführungsform sind der Steuerarm 37 des ersten Aktors 60 und die ersten und zweiten Düsen 71 und 72 des zweiten Aktors 70 an die Steuereinheit 38 angeschlossen, um nacheinander gemäß dem Befehl von der Steuereinheit 38 zu arbeiten. Das Verfahren zum Steuern des Volumenstroms des Gasverdichters 300 unter Verwendung des Ringventils 142 und der Vielzahl von Schaufeln 15 ist gleich wie in der zweiten beispielhaften Ausführungsform.
Indessen ist in den 12 und 27 eine Struktur gezeigt, in der die Zwischenräume zwischen den Blättern 16 miteinander über die Flügelfläche 161 innerhalb der Verkleidung 132 in Verbindung stehen können, aber es kann auch eine Struktur angewandt werden, bei der eine Abdeckplatte (nicht gezeigt) an der Flügelfläche 161 befestigt ist, um die Zwischenräume zwischen den Blättern 16 voneinander an der Flügelfläche 161 zu trennen.
Obgleich diese Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als die praktikablen beispielhaften Ausführungsformen angesehen wird, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass im Gegensatz dazu beabsichtigt ist, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die im Gedanken und Umfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind.

Claims

Gasverdichter, umfassend: ein Laufrad, das an einer Drehwelle befestigt ist und eine Vielzahl von Blättern aufweist, die jeweils eine Flügelfläche und eine Randfläche an einer Außenumfangsfläche davon aufweisen; eine Verkleidung, die die Flügelfläche umgibt und eine Außenwand parallel zu der Randfläche aufweist; und ein Ringventil, das an einen Diffusorkanal, der an einen Auslass des Laufrads angeschlossen ist, angebaut ist, um den Diffusorkanal zu öffnen und zu schließen und einen Spalt von dem Ende des Laufrads aus in einer radialen Richtung des Laufrads aufrecht zu erhalten, wobei sich das Ringventil gleitend an der Außenwand der Verkleidung bewegt, während es die Außenwand der Verkleidung berührt.
Gasverdichter nach Anspruch 1, wobei: das Ringventil einen Spalt G mit einer nachstehend beschriebenen Bedingung von dem Ende des Laufrads aus in der radialen Richtung des Laufrads aufrechterhält, 0,002D ≤ G ≤ 0,008D wobei D einen Durchmesser (mm) am Auslass des Laufrads darstellt.
Gasverdichter nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine Vielzahl von Schaufeln, die in einer Umfangsrichtung des Diffusorkanals außerhalb des Ringventils in dem Diffusorkanal eingebaut sind.
Gasverdichter, umfassend: ein Laufrad, das an einer Drehwelle befestigt ist und eine Vielzahl von Blättern aufweist, die jeweils eine Flügelfläche und eine Randfläche an einer Außenumfangsfläche davon umfassen; eine Verkleidung, die die Flügelfläche umgibt; ein Ringventil, das an einen Diffusorkanal, der an einen Auslass des Laufrads angeschlossen ist, angebaut ist und sich in einer Richtung parallel zu der Drehwelle bewegt, um den Diffusorkanal zu öffnen und zu schließen; eine Vielzahl von Schaufeln, die einer Umfangsrichtung des Diffusorkanals außerhalb des Ringventils in dem Diffusorkanal ein gebaut sind und jeweils eine Schaufelwelle aufweisen; und einen Aktor, der mit dem Ringventil und der Vielzahl von Schaufelwellen gekoppelt ist, um nacheinander eine Bewegung des Ringventils und Drehwinkel der Schaufeln zu steuern.
Gasverdichter nach Anspruch 4, wobei: das Ringventil einen Spalt G mit einer nachstehend beschriebenen Bedingung von dem Ende des Laufrads aus in der radialen Richtung des Laufrads aufrecht erhält, 0,002D ≤ G ≤ 0,008D wobei D einen Durchmesser (mm) am Auslass des Laufrads darstellt.
Gasverdichter nach Anspruch 5, wobei: eine Außenwand der Verkleidung parallel zu der Randfläche ist, und das Ringventil sich gleitend an der Außenwand der Verkleidung bewegt, während es die Außenwand der Verkleidung berührt.
Gasverdichter nach Anspruch 6, wobei: in dem Laufrad Zwischenräume zwischen den Blättern miteinander über die Flügelfläche innerhalb der Verkleidung in Verbindung stehen.
Gasverdichter nach Anspruch 6, wobei: in dem Laufrad die Zwischenräume zwischen den Blättern voneinander durch eine Abdeckplatte an der Flügelfläche getrennt sind.
Gasverdichter nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei: der Aktor umfasst: einen inneren Führungsring, der die Schaufelwelle umgibt; eine Vielzahl von Kugelhebeln, die den inneren Führungsring und die Schaufelwelle in der radialen Richtung des Laufrads durchdringen, um den inneren Führungsring und die Schaufelwelle miteinander zu koppeln; einen äußeren Führungsring, der den inneren Führungsring umgibt, durch ein Verbindungsstück einstückig an dem Ringventil angeschlossen ist und ein schräges Gleitloch aufweist; und einen Befestigungsstift, der an dem inneren Führungsring durch das schräge Gleitloch hindurch befestigt ist, wobei der Gasverdichter darüber hinaus einen Diffusorrahmen umfasst, der die Schaufelwelle, den inneren Führungsring und das Ringventil abstützt.
Gasverdichter nach Anspruch 9, wobei: die Schaufelwelle einen Hohlraum aufweist, der die Schaufelwelle in der radialen Richtung des Laufrads durchdringt, und der innere Führungsring eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die dem Hohlraum in der radialen Richtung des Laufrads zugewandt sind.
Gasverdichter nach Anspruch 10, wobei: jeder der Vielzahl von Kugelhebeln ein Kugelelement, das nahe an einer Seitenwand der Öffnung des inneren Führungsrings angebracht ist, und ein Stützelement umfasst, das in den Hohlraum zur Befestigung an der Schaufelwelle eingesetzt ist.
Gasverdichter nach Anspruch 9, wobei: der Aktor darüber hinaus umfasst ein Anschlagelement, das eine Drehgeschwindigkeit des inneren Führungsrings steuert; einen Steuerarm, der an dem äußeren Führungsring befestigt ist; und ein elastisches Element, das zwischen dem Diffusorrahmen und dem Befestigungsstift eingebaut ist.
Gasverdichter nach Anspruch 12, wobei: das Anschlagelement umfasst ein Paar erste Stäbe, das mit einem Abstand in der Umfangsrichtung an einer Fläche des inneren Führungsrings positioniert ist; und einen zweiten Stab, der an dem Diffusorrahmen befestigt ist und derart vorragt, dass ein Teil davon zwischen dem Paar ersten Stäben positioniert ist.
Gasverdichter nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei: der Aktor umfasst ein Verbindungselement, das an der Schaufelwelle befestigt ist; eine Führungswelle, die an dem Verbindungselement mit einem Abstand von der Schaufelwelle befestigt ist; und ein Steuerelement, das die Schaufelwelle dreht, indem die Führungswelle bewegt wird, während eine erste Führungsnut gebildet ist, die die Führungswelle an einer Fläche davon aufnimmt.
Gasverdichter nach Anspruch 14, wobei: die erste Führungsnut in der radialen Richtung des Laufrads gebildet ist, und das Steuerelement ferner eine zweite Führungsnut umfasst, die in einer Umfangsrichtung des Steuerelements gebildet ist, während sie mit der ersten Führungsnut verbunden ist.
Gasverdichter nach Anspruch 15, ferner umfassend: einen Diffusorrahmen, der das Ringventil und die Schaufelwelle und das Steuerelement abstützt, während er das Ringventil umgibt, wobei das schräge Gleitloch in dem Diffusorrahmen in einem das Ringventil überlappenden Bereich gebildet ist.
Gasverdichter nach Anspruch 16, wobei: das Steuerelement ferner eine dritte Führungsnut umfasst, die an einer Innenfläche des Steuerelements gebildet ist, während sie mit der zweiten Führungsnut verbunden ist, und der Aktor ferner eine Befestigungsnase umfasst, deren eines Ende an dem Ringventil befestigt ist, indem sie das schräge Gleitloch durchdringt, und deren anderes Ende in der dritten Führungsnut aufgenommen ist.
Gasverdichter nach Anspruch 16, wobei: in dem Diffusorrahmen eine Vielzahl von Schaufellöchern, die die Schaufelwelle durchdringen, in einer Richtung parallel zu der Drehwelle gebildet ist, und das schräge Gleitloch von dem Schaufelloch zwischen zwei benachbarten Schaufellöchern beabstandet ist.
Gasverdichter nach Anspruch 14, wobei: das Steuerelement an eine Steuereinheit, die eine Betriebsbedingung des Gasverdichters erfasst, zur Betätigung durch einen Befehl von der Steuereinheit angeschlossen ist.
Gasverdichter nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei: der Aktor umfasst einen ersten Aktor, der mit der Vielzahl von Schaufelwellen gekoppelt ist, um die Drehwinkel der Schaufeln zu steuern; und einen zweiten Aktor, der mit dem Ringventil gekoppelt ist, um die Bewegung des Ringventils zu steuern, und der erste Aktor umfasst ein Verbindungselement, das an der Schaufelwelle befestigt ist; eine Führungswelle, die an dem Verbindungselement mit einem Abstand von der Schaufelwelle befestigt ist; und ein Steuerelement, das die Schaufelwelle dreht, indem die Führungswelle bewegt wird, während eine erste Führungsnut gebildet ist, die die Führungswelle an einer Fläche davon aufnimmt.
Gasverdichter nach Anspruch 20, wobei: die erste Führung in der radialen Richtung des Laufrads gebildet ist, und das Steuerelement ferner eine zweite Führungsnut umfasst, die in der Umfangsrichtung des Steuerelements gebildet ist, während sie mit der ersten Führungsnut verbunden ist.
Gasverdichter nach Anspruch 20, wobei: das Ringventil einen Erweiterungsring an einer Außenfläche davon aufweist, und der zweite Aktor umfasst eine erste Düse, die Druckluft zu einer Fläche des Erweiterungsrings in Richtung des Diffusorkanals bläst; und eine zweite Düse, die Druckluft zu einer entgegengesetzten Fläche des Erweiterungsrings, die fern von dem Diffusorkanal liegt, bläst.
Gasverdichter nach Anspruch 22, ferner umfassend: eine oberen Abdeckung, die zwischen dem Diffusorrahmen und dem Ringventil eingebaut ist, wobei die erste Düse durch die oberen Abdeckung und den Diffusorrahmen gebildet ist, und die zweite Düse an der oberen Abdeckung gebildet ist.
Gasverdichter nach Anspruch 22, wobei: das Steuerelement und die ersten und zweiten Düsen an die Steuereinheit, die die Betriebsbedingung des Gasverdichters erfasst, zur Betätigung durch den Befehl von der Steuereinheit angeschlossen sind.
Verfahren zum Steuern eines Volumenstroms eines Gasverdichters, der ein Ringventil, das an einen Diffusorkanal, der an einen Auslass eines Laufrads angeschlossen ist, angebaut ist, eine Vielzahl von Schaufeln, die in einer Umfangsrichtung des Diffusorkanals außerhalb des Ringventils eingebaut sind, Schaufelwellen, die jeweils an. der Vielzahl von Schaufeln befestigt sind, und einen Aktor umfasst, der mit dem Ringventil und der Schaufelwelle gekoppelt ist, wobei das Verfahren umfasst: Abdichten des Diffusorkanals durch Schließen des Ringventils in einem Anfangsbetrieb und Verringern einer Fläche des Diffusorkanals außerhalb des Ringventils durch Schließen der Vielzahl von Schaufeln; Öffnen des Diffusorkanals durch Öffnen des Ringventils für einen Normalbetrieb, und Vergrößern der Fläche des Diffusorkanals außerhalb des Ringventils durch Öffnen der Vielzahl von Schaufeln.
Verfahren nach Anspruch 25, ferner umfassend: zum Stoppen des Betriebs nach dem Vergrößern der Fläche des Diffusorkanals, Verkleinern der Fläche des Diffusorkanals außerhalb des Ringventils durch Schließen der Vielzahl von Schaufeln; und Abdichten des Diffusorkanals durch Schließen des Ringventils.