DE1428106B2

DE1428106B2 - ADJUSTMENT DEVICE FOR JOINT ADJUSTMENT OF THE GUIDE BLADES OF THE AXIAL STAGES OF A MULTISTAGE CENTRIFUGAL COMPRESSOR

Info

Publication number: DE1428106B2
Application number: DE19631428106
Authority: DE
Inventors: Josef 4200 Oberhausen Sterkra de Weinnch Hellmut 7920 Heidenheim F04d 29 28 Rurik
Original assignee: Gutehoffnung shutte Sterkrade AG, 4200 Oberhausen
Priority date: 1963-03-02
Filing date: 1963-03-02
Publication date: 1971-12-16
Also published as: US3303989A; DE1428106A1; CH419426A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstellvorrichtung zum gemeinsamen Verstellen der Leitschaufeln eines mehrstufigen Kreiselverdichters mit wenigstens einer nachgeschalteten Radialstufe für konstante Betriebsdrehzahl.The invention relates to an adjusting device for jointly adjusting the guide vanes a multi-stage centrifugal compressor with at least one downstream radial stage for constant Operating speed.

Verdichter mit konstanter Betriebsdrehzahl (eines E-Antriebsmotors) sollen bei einer auch für verhältnismäßig hohe Enddrücke nicht zu großen Stufenzahl nicht nur einen hohen Gesamtwirkungsgrad, sondern auch einen möglichst günstigen Leistungsverbrauch bei Teillast, d. h. bei einer Fördermenge von z. B. 70% der normalen Vollast-Fördermenge, haben.Compressors with constant operating speed (of an electric drive motor) should also be used for a relatively high final pressures not too large number of stages not only high overall efficiency, but also the lowest possible power consumption at part load, d. H. at a delivery rate from Z. B. 70% of the normal full-load delivery rate.

Diese Aufgabe kann mit in allen Axialstufen gleichmäßig verstellbaren Leitschaufeln nicht zufriedenstellend gelöst werden, weil dabei nicht die besonderen Charakteristiken der in verschiedenen Druckbereichen arbeitenden Stufen berücksichtigt werden. Das gilt auch bezüglich der bekannten Ausführung eines kombinierten Axial-Radial-Verdichters, bei dem den gemeinsam und gleichmäßig verstellbaren Axialstufen zum Ausgleich für die durch den Verstellmechanismus bedingte Verlängerung des Verdichters mindestens eine Radialstufe nachgeschaltet ist (schweizerische Patentschrift 330 258).This task cannot be performed satisfactorily with guide vanes that can be adjusted uniformly in all axial stages be solved because doing so does not take into account the special characteristics of the different Pressure ranges working stages are taken into account. This also applies to the known design of a combined axial-radial compressor, in which the common and uniform adjustable axial steps to compensate for the extension caused by the adjustment mechanism of the compressor is followed by at least one radial stage (Swiss patent 330 258).

Stattdessen hat man auch schon die Leitschaufeln der einzelnen Axial-Stufen in unterschiedlichem Maße verstellt, und zwar mittels eines gemeinsamen Betätigungsgestänges unter Verwendung verschieden langer Zwischenhebel und im Sinne von Stufe zu Stufe abnehmender Verstellwinkel. Allerdings handelt es sich bei einer solchen bekannten Ausführung nur um einen reinen Axialverdichter mit veränderlicher Drehzahl, von der die Verstellgröße abhängig ist (deutsches Gebrauchsmuster 1816 817). Bei anderen, ebenfalls nur Axialstufen aufweisenden Verdichtern, bei denen die Leitschaufeln auch je nach Drehzahl mehr oder weniger in einem bestimmten Verhältnis zueinander gemeinsam versteilt werden, handelt es sich um Maschinen mit in bezug auf die Stufenzahl relativ geringen Druckverhältnissen, z. B. für Flugzeugantriebsturbinen (USA.-Patentschriften 2 932 440, 2 999 630).Instead, the guide vanes of the individual axial stages are already different Adjusted dimensions, by means of a common operating linkage using different long intermediate lever and, in the sense of step to step, decreasing adjustment angle. However, acts Such a known design is only a pure axial compressor with a variable Speed on which the adjustment variable depends (German utility model 1816 817). With others, also only having axial stages compressors, in which the guide vanes also depending on Speed are more or less sharpened together in a certain ratio to each other, are machines with relatively low pressure ratios in relation to the number of stages, e.g. B. for aircraft propulsion turbines (U.S. Patents 2,932,440, 2,999,630).

Um nun allen konstruktiven Bedingungen und betrieblichen Verhältnissen eines mehrstufigen Kreiselverdichters mit gemeinsam verstellbaren Leitschaufeln der Axialstufen und wenigstens einer nachgeschalteten Radialstufe gerade für eine konstante Betriebsdrehzahl in bestmöglicher Weise zu entsprechen, besteht die Erfindung darin, daß die zur Verbindung der Leitschaufeln der einzelnen Axialstufen mit dem gemeinsamen Betätigungsgestänge dienenden, in an sich bekannter Weise ungleich langen Zwischenhebel derart bemessen sind, daß für jede verstellbare Axialstufe bei deren vollkommener Abschaltung die Drucksteigerung wenigstens angenähert 0 ist.All of the structural and operational conditions of a multistage centrifugal compressor with jointly adjustable guide vanes of the axial stages and at least one downstream To correspond to the radial stage in the best possible way for a constant operating speed, The invention consists in that the connection of the guide vanes of the individual axial stages with the common operating linkage serving, in a known manner unequal length intermediate lever are dimensioned such that for each adjustable axial stage when it is completely switched off, the Pressure increase is at least approximately 0.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gegebenenfalls erwiesen, nur einen Teil aller Axialstufen mit verstellbaren Leitschaufeln in der angegebenen Weise auszurüsten und zwischen diese und die nachgeschaltete(n) Radialstufe(n) wenigstens eine Axialstufe mit festen Leitschaufeln einzuschalten.It may have proven to be particularly advantageous proven to be only a part of all axial stages with adjustable guide vanes in the specified Way to equip and between this and the downstream radial stage (s) at least one axial stage to be switched on with fixed guide vanes.

Die Zeichnung veranschaulicht mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. Es zeigt F i g. 1 einen Axial-Radial-Verdichter im Längsschnitt. The drawing illustrates several exemplary embodiments of the subject matter of the invention. It shows F i g. 1 shows an axial-radial compressor in longitudinal section.

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab einen Längsschnitt durch den Axialstufenbereich mit einer letzten Stufe ohne verstellbare Leitschaufeln.
Fig. 3 eine Betriebskennlinie.
F i g. 4 zwei Leistungsverbrauchskurven.
Der Niederdruckteif 1 des Verdichters (Fig. 1) besteht aus vier Axialstufen und der diesem nachgeschaltete Hochdruckteil 2 aus drei Radialstufen. Alle Axial- und Radialstufen sind in einem gemeinsamen Gehäuse 3 auf einer gemeinsamen Welle 4 zwi-2 shows, on an enlarged scale, a longitudinal section through the axial step area with a last step without adjustable guide vanes.
3 shows an operating characteristic.
F i g. 4 two power consumption curves.
The low pressure part 1 of the compressor (FIG. 1) consists of four axial stages and the high pressure part 2 connected downstream of this consists of three radial stages. All axial and radial stages are in a common housing 3 on a common shaft 4 between

sehen zwei Lagern 5. 6 angeordnet. Die letzte Radialstufe hat einen zu den anderen beiden Radialstufen und zu den Axialstufen entgegengesetzt gerichteten Eintritt, damit der Axialschub wenigstens teilweise ausgeglichen wird. Gegebenenfalls können noch mehr Radialstufen in diesem Sinne umgekehrt angeordnet sein, jedoch mit Ausnahme der ersten, deren Eintritt aus strömungstechnischen Gründen zweckmäßig direkt dem Austritt der letzten Axialstufe gegenüberliegt. see two bearings 5. 6 arranged. The last radial step has a direction opposite to the other two radial stages and to the axial stages Entry, so that the axial thrust is at least partially compensated. If necessary, you can do more Radial steps can be arranged in reverse in this sense, but with the exception of the first, their entry for fluidic reasons expediently directly opposite the exit of the last axial stage.

Zwischen je zwei benachbarten Radialstufen ist ein Zwischenkühler angeordnet. Im vorliegenden Falle sind es also insgesamt zwei Zwischenkühler, die zweckmäßig in an sich bekannter Weise symmetrisch zu beiden Seiten des Verdichters untergebracht und deshalb aus dem Längsschnitt (F i g. 1) nicht ersichtlich sind.An intercooler is arranged between every two adjacent radial stages. In the present In the case, there are a total of two intercoolers, which are expediently symmetrical in a manner known per se housed on both sides of the compressor and therefore not visible in the longitudinal section (FIG. 1) are.

An den Leitschaufeln der Axialstufen greift ein Verstellgestänge 7 an, und zwar, wie aus F i g. 2 ersichtlich, mittels eines Zwischenhebels 12 an der Einstellschaufel der Axialstufe 8. Es folgen die Zwischenhebel 13, 14, 15 der Axialstufen 9, 10, 11. Die Zwischenhebel 12, 13, 14, 15 sind verschieden lang. Der Zwischenhebel 12 der ersten Axialstufe 8 ist am kürzesten und der Zwischenhebel jeder folgenden Axialstufe etwas länger. Auf diese Weise werden die Leitschaufeln der Stufen 8, 9, 10, 11 alle gemeinsam, jedoch um verschieden große Winkel verstellt. Die Winkel nehmen von der Stufe 8 bis zur Stufe 11 ab. Die ungleichen Verstellwinkel wählt man zweckmäßig so, daß eine verringerte Gesamtdrucksteigerung aller eingestellten Axialstufen auf die einzelnen Stufen im Sinne einer stetig zunehmenden Einzeldrucksteigerung verteilt wird und daß bei einer Gesamtdrucksteigerung = 0 auch die Drucksteigerung jeder einzelnen Stufe = 0 ist.An adjusting rod 7 engages the guide vanes of the axial stages, as shown in FIG. 2 can be seen, by means of an intermediate lever 12 on the setting blade of the axial stage 8. The intermediate levers follow 13, 14, 15 of the axial stages 9, 10, 11. The intermediate levers 12, 13, 14, 15 are of different lengths. The intermediate lever 12 of the first axial stage 8 is the shortest and the intermediate lever of each subsequent one Axial step a little longer. In this way, the guide vanes of stages 8, 9, 10, 11 are all together, however adjusted by different large angles. The angles take from level 8 to level 11 away. The unequal adjustment angles are expediently chosen so that a reduced overall pressure increase of all set axial stages on the individual stages in the sense of a steadily increasing individual pressure increase is distributed and that with a total pressure increase = 0 also the pressure increase of each individual level = 0.

Mit einer solchen Einstellung werden die betreffenden Axialstufen unter Berücksichtigung ihrer verschiedenen Schaufellängen ganz oder doch weitgehend abgeschaltet, so daß bei Teillasten das zu verdichtende Medium durch diese Stufen im wesentlichen ungehindert und mit einem im Vergleich zur Dralleinstellung bei Radialstufen sehr geringen Leistungsaufwand hindurchströmen kann.With such a setting, the relevant axial stages, taking into account their different Shovel lengths completely or at least largely switched off, so that with partial loads compressing medium through these stages essentially unhindered and with a compared to the Swirl setting at radial stages can flow through very little power expenditure.

Nach F i g. 2 ist übrigens hinter den Axialstufen 8, 9, 10, 11 mit verstellbaren Leitschaufeln noch eine Axialstufe 16 mit festen Leitschaufeln vorhanden.According to FIG. 2 is, by the way, behind the axial stages 8, 9, 10, 11 with adjustable guide vanes Axial stage 16 with fixed guide vanes available.

Die Betriebskennlinie α in Fig. 3 veranschaulicht den prozentualen Druckanstieg eines Kreiselverdichters in Abhängigkit von dem Ansaugvulumen. Dazu demonstriert F i g. 4 die Überlegenheit eines Axial-Radial-Verdichters mit Verstell-Leitschaufeln im Axialteil gemäß der Erfindung. Nach der Kurve b steigt der prozentuale Leistungsverbrauch eines gekühlten Radialverdichters (mit Dralleinstellung in den ersten Stufen) im Bereich zwischen etwa 70 %> und HO⁰Zo des normalen Ansaugvolumens bei Vollast (100"Ό) an. Im Vergleich dazu gilt für denselben Bereich die Kuve c des kombinierten Axial-Radial-The operating characteristic curve α in FIG. 3 illustrates the percentage pressure increase of a centrifugal compressor as a function of the intake volume. To this end, FIG. 4 shows the superiority of an axial-radial compressor with adjustable guide vanes in the axial part according to the invention. According to curve b , the percentage power consumption of a cooled centrifugal compressor (with swirl setting in the first stages) increases in the range between about 70%> and HO ⁰ Zo of the normal intake volume at full load (100 "Ό). In comparison, for the same range, the Curve c of the combined axial-radial

Verdichters. Dieser hat also einen kleineren Leistungsverbrauch, der mit abnehmendem Ansaugvolumen ansteigt.Compressor. So this has a lower power consumption, the with decreasing suction volume increases.

Claims

Patent claims:

1. Adjusting device for joint adjustment of the guide vanes of the axial stages of a multi-stage centrifugal compressor for constant operating speed with at least one downstream Radial step, characterized in that the for connecting the guide vanes of the individual axial steps (8, 9, 10, 11) serving, in a known manner of unequal length intermediate levers (12, 13, 14, 15) such are dimensioned that for each adjustable axial stage (8, 9, 10, 11) when it is completely switched off the pressure increase is at least approximately 0.

2. Adjusting device according to claim 1, characterized in that the axial stages at least are partly provided with adjustable guide vanes.

1 sheet of drawings