DE1280464C2 - Luftverdichter mit einer Radialstufe und einer vorgeschalteten Axialstufe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Luftverdich- äußeren Schaufelbereichen örtlich im Gebiet niederen ter mit einer Radialstufe mit axialem Eintritt und Überschalls arbeitet und in den äußeren Schaufeleiner vorgeschalteten Axialstufe, wobei ein Leit- 25 bereichen mehr Verdichtungsarbeit als in den inneren schaufelkranz zwischen den oeiden Stufen an- Schaufelbereichen leistet.

geordnet ist. Es hat sich gezeigt, daß bei einem derartigen Auf-Die von einem Verdichter mit radialer Strömung bau, bei dem der Verdichter im transsonischen Begeförderte Luftmenge hängt vom Außendurchmesser reich (Bereich örtlicher geringer Überschallgeschwindes Verdichte: - ab. Insbesondere bei Fluggeräten, bei 30 digkeiten, d. h. schwacher Stöße und geringer Verdenen die Außenabmessungen und das Gewicht mög- luste) arbeitet, eine Vergrößerung der Luftförderlichst klein gehalten werJen mCsen, kann der Außen- menge ohne Vergrößerung des Außendurchmessers durchmesser nicht über bestimmte Grenzen hinaus des Radialverdichters zu erreichen ist. Der Verdichvergrößert werden. tungsgrad, der mit dem Luftverdichter nach der ErSoll die geförderte Luftmenge ohne Vergrößerung 35 findung erzielbar ist, liegt in der Größenordnung von des Außendurchmessers des Radialverdichters bei 6 und damit höher als bei den bekannten Luftver-Beibehaltung des gleichen Druckverhältnisses den- dichtem.

noch erhöht werden, dann kann an sich der Außen- Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugdurchmesser des Einlaßquerschnittes des umlaufen- nähme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert, den Radialverdichterrades vergrößert werden. Ver- 40 Es zeigt

läuft in diesem Fall jedoch die absolute Strömung F i g. 1 schematisch in einem Axialschnitt die Hälfte

am Einlaß des Radialverdichterrades vollständig eines Luftverdichters nach der Erfindung,

«xial, dann überschreitet die Relativgeschwindigkeit F i g. 2 a schematisch einen Schnitt durch eine

»m Rand des Einlaßquerschnittes bei Berücksichti- Laufschaufel eines Fliehkraftverdichterrades üblicher

gung der in dem axialen Teil des Verdichterrades 45 Bauart in einer zur Drehachse parallelen Ebene im

Vorzunehmenden Ablenkung die Schallgeschwindig- Bereich des inneren Laufschaufelhalbmessers sowie

keit, und es treten starke Verdichtungsstöße auf, die das zugehörige Geschwindigkeitsdreieck,

Iu hohen Verlusten Anlaß geben. Fig. 2 b einen entsprechenden Schnitt für den

Es ist bekannt, dem Laufrad eines Radialverdich- äußeren Laufschaufelhalbmesser,

lers einen Eintrittsleitschaufelkranz vorzuschalten, in 50 F i g. 3 a, 3 b, 4 a, 4 b, 5 a, 5 b einen dem Aufbau «lern ein Vordrall im Drehsinn erzeugt wird, der das nach F i g. 1 entsprechend ausgeführten Verdichter Überschreiten der Grenzwert-Machzahl verhütet. nach der Erfindung ohne Eingangsleitschaufeln, wo-Nachteilig ist dabei jedoch, daß die äußeren Strom- bei die Figuren mit dem Index »a« den Bereich des laden weniger Energie enthalten als die inneren, so inneren und die Figuren mit dem Index »b« den daß höchst unerwünschte Energieverhältnisse in der 55 Bereich des äußeren Laufschaufelhalbmessers der Ausgangsströmung des Radialverdichters auftreten. verschiedenen Schaufeln zeigen; die F i g. 3 a und 3 b Es ist auch bekannt, Radialverdichterstufen Axial- veranschaulichen dabei die Schaufeln, die im örtverdichterstufen vorzusehalten, die entweder im liehen Gebiet niederen UberschaUs arbeiten, während Unter- oder im Überschallgebiet arbeiten. Auch die Fig.4a und 4b die Zwischenleitschaufeln und diesen Anordnungen lag die Absicht zuprunde, die 60 die Fig. 5a und 5b das Fliehkraftschaufelrad beLeistungsdichte des Radialverdichters zu steigern. treffen.

Die Leistungssteigerung beim Einsatz des Axialver- Der in Fig. 1 dargestellte Verdichter enthält nachdichters, der im Unterschallgebiet aibeitet, blieb da- einander in der Strömungsrichtung einen an den bei aber hinter den Erwartungen zurück. Bekanntlich beiden konzentrischen Teilen 2, 3 des Stators beführen große Stufendruckverhältnisse eines Verdich- 65 festigten festen Leitschaufelkranz 1, einen Kranz von ters, die sich durch hohe Umfangsgeschwindigkeiten beweglichen axialen Schaufeln 4, welche an dem erzielen lassen, zu einer Verkleinerung der Ab- Rotor 5 mit der Achse a-a befestigt sind und ein im 1. Aus diesem Grund müßte eigentlich die niederen Überschallbereich arbeitendes axiales Rad

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bilden (beispielshalber sei angegeben, daß der Verdichtungsgrad der beweglichen Schaufeln dieses Rades 1,3 am FuB der Schaufeln und 1,8 an ihrem Ende betragen kann), einen festen Leitschaufelkranz 6 und schließlich einen Kranz von beweglichen radialen Schaufeln 7, deren axialer Eintritt auf die Leitschaufeln 6 folgt. Der Durchlaß zwischen dem Außengehäuse 3 und der Nabe der Schaufeln 4 und 6 konvergiert in Richtung auf das Fliehkraitrad.

In dem dargestellten Schnitt der Fliehlaaftlaufschaufel 7 entspricht die gestrichelt schraffierte Zone la der Vergrößerung des Eintrittsdurchmessers des radialen Rades. Die lotrecht aufgetragenen Zahlen geben beispielshalber verschiedene Werte des Durchmessers in Zentimetern an, während die waagerecht aufgetragenen Zahlen die diesen Durchmessern entsprechenden Umfangsgeschwindigkeiten angeben.

Der Vergleich der Fig. 2 mit den Fig. 3 bis 5 zeigt das Arbeiten eines Verdichters nach der Erfindung und den erhaltenen technischen Vorteil.

Bei diesen verschiedenen Figuren sind folgende Bezeichnungen gewählt: u iür die Drehgeschwindigkeiten, ν für die Absolutgeschwindigkeiten (wobei v_m der Wert dieser Geschwindigkeit in der Meridianebene ist), M_w für die der Relativgeschwindigkeit entsprechende Machzahl.

In F i g. 2 ist der Fall eines Fliehkraftrades üblicher Bauart betrachtet, welches z. B. einen äußeren Eintrittsdurchmesser von 40 cm und einen Innendurchmesser von 18,5 cm hat. Der Wert de: r?la- 3c tiven Eintrittsgeschwindigkeit an dem äußeren Halbmesser der Laufschaufel entspricht einer Machzahl von 0,9 bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 11 =-- 260 m/s.

Fig. 3a und 3b zeigen, daß bei Beibehaltung .icr gleichen Drehgeschwindigkeiten und des glei;J< η inneren Eingangsdurchmessers bei einem Verdici vr nach der Erfindung die im Gebiet niederen üb ^rschalls arbeitende Stufe 4 eine vorbereitende Y--dichtungsarbeit leistet, welche an dem äußeren Halbmesser größer als an dem inneren Halbmesser L-,t. Aus dem Geschwindigkeitsdreieck der Fig. 3a ^.in hervor, daß das Produkt 11 ■ Λ v„ an dem inneicn Halbmesser gleich 14400 ist, während das Goschwindigkeitsdreieck der Fig. 3b zeigt, daß dieses Produkt an dem äußeren Halbmesser der im Gebiet niederen Überschalls arbeitenden Stufe 31000, d.h. etwas mehr als das Doppelte, erreicht.

F i g. 4 a und 5 a zeigen, daß an dem inneren Halbmesser die festen Leitschaufeln 6 die Geschwindigkeit des Strömungsmittel? axial vor seinem Eintritt in Jas Fliehkraftrad ausrich.in.

Fig. 4b und 5b zeigen, dap diese Leitschaufeln 6 an dem äußeren Halbmesser die Absolutgeschwindigkeit des aus der im Gebiet niederen Überschalls arbeitenden Stufe austretenden Strömungsmittels nicht vollständig ausrichten, so daß die Schräglage dieser Geschwindigkeit zusammen mit der Umfangsgeschwindigkeit gestattet, eine Machzahl der gleichen Größenordnung wie bei Fig. 2b zu erhalten, jedoch mit einem äußeren Eingangsdurchmesser des Rades, welcher von 40 auf 45,4 cm gestiegen ist, wobei sich die Umfangsgeschwindigkeit entsprechend vergrößert hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (20)

1 2

Wahl eines vorgeschalteten Uberschallaxialverdidi-

Patentanspruclv ters zu einer besseren Leistungsdichte führen. Dw.

ist jedoch nicht der Fall, da bei Umhufgeschwm.J:.

Luftverdichter mit einer Radialstufe mit axi- keiten, die wesentlich größer als die Schallgesciv.wi;-

alem Eintritt und einer vorgeschalteten Axial- 5 digkeit sind, die in den Laufschaufeln auttrelem'^n

stufe, wobei ein Leitschaufelkranz zwischen den starken Verdichtungsstöße zu hohen Verluden

beiden Stufen angeordnet ist, dadurch ge- führen. Der theoretische Vorteil der hohen Umkiul-

kennzeichnet, daß die Leitschaufeln (6) in geschwindigkeit wird damit zunichte gemacht,

an sich bekannter Weise dem in die Radialstufe Es ist Aufgabe der Erfindung, einen LuHverdichi.T

(7) eintretenden Strom am Außenumfang einen io mit einer Radialstufe mit axialem Eintritt und einer

positiven Drall erteilen und daß die Axialstufe vorgeschalteten AxiaJstufe zu schaffen, dessen spezi-

(4) mit ihren äußeren Schaufelbereichen örtlich fische Leistung größer ist als die Leistung eines Ve:-

im Gebiet niederen Überschalls arbeitet und in dichters, bei dem die Axialstufe im reir.en Unter-

den äußeren Schaufelbereichen mehr Verdich- schallbetrieb arbeitet, bei dem aber die Nachteile

tungsarbeit als in den inneren Schaufelbereichen 15 vermieden werden, die sich ergeben, wenn der A\ial-

leistet. verdichter im Überschallgebiet arbeitet.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Luftverdichter der eingangs erwähnten bekannten Art gemäß

der Erfindung dadurch gelöst, daß die Leitschaufeln

20 in an sich bekannter Weise dem in die Radialstufe eintretenden Strom am Außenumfang einen positiven Drall erteilen und daß die Axialstufe mit ihren