DE1428169A1 - Radialverdichter mit Laufrad und Umlauf-Diffusor - Google Patents

Description

• Radialverdichter mit Laufrad und Umlauf-Diffusor Einen erheblichen Teil der Gesamtdruckstegerung in einem Radialverdichter wird in feststehenden Zeitvorrichtungen (Diffusoren) durch Umsetzen von Geschwindigkeit in (statischen) Druck erzeugt. Dabei läBt der Wirkungsgrad dieser Umsetzung im allgemeinen zu wünschen übrig. Jedenfalls ist er wesentlich klei-. ner als der Wirkungsgrad des Laufrades, der über 80 % (bis etwa 88 %) erreicht. Deshalb ist eine Steigerung des im Laufrad zu erzeugenden statischen Druckes anzustreben, und zwar im Interesse einer Verbesserung des Stufenwirkungsgrades.
• Ein Mittel hierfür ist bei Radialverdichtern der schaufellose Umlauf-Diffusor, den das Laufrad außerhalb seiner Beschaufelung aufnimmt.
• Die Erfindung strebt an, bei einem solchen Radialverdichter für eine beachtliche Steigerung des Stufenwirkungsgrades zu sargen unter Vergrößern der Stufenfärderhöhe und gleichzeitiger Verlegung der Pumpgrenze zu kleineren Mengen hin. Mit einer solchen Verlegung

  der Paamp-ren-e gege-venenfa1 1-s :i0 weit, Ja_3 sie über-

  hauet nicht. mehr ;3.tör°iid in Er-sehe _lrli.illg '@r itt a .W @%°j

  der D@ i'fus :ar w! itäenend unempfindlich gegen -Andei'un-

  gen der Anitrnmrichtung, .

  Die- Erfindiag 1c-st, alae genannte .Aufgabe a:d@r:@h, 1aß: '

  der Außenlialbmessey :des Lauiraies etwa @, bis etwa_

  193 mal so- gr we- der s:ulienhalbmesser der Laufrad.-

  schaufeln t; Be-- Einhaltung dieser.Werte werden.-di-e

  zü$''f-paruitef@ferbi'3s in

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  kann sogar mit wach3'en-

  dem

  tn:.:> die Absolutgeschwind.igkeät übersteigen,

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  nem :es=tsveshrnden piifucor mindestens teilweise ve_r-

  larengehta AndererseltS muß die Scheibenreibung le-i3 -

  stRAng in er $risglichen Grenzen gehalten werden, Weil

  andernfalls die Wirkungsgradverbesserung ® als Ergab-

  nie sehr guter bnervdeumsetzung im Diffuser = du#-ch

  die Scheibenreibung wieder abgebaut wird. _

  Unterhalb des unterei: Grenzwertes (etwa , l lallen

  dir eilf-indung;igeuiät# er. zielten Vortei!F nichl mehr

  iipiinenswert ins Gewit-#li'- .

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  nisses wählt. oder sich den Grenzwerten räiiert. rieiitet

  sich in Weiterentwicklung derrfiric:;il:g nach Fm Er-

  wei terungswinke i des Di ffusors . E:= empl` 1, ehl t t . rhr

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  Verhältnisses. d.h. ¢twh

  Ein @er@i@@.;f@rn d(-s- Difi'I@sor@Erwiter@arg::w_nt:e®s auf

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  Parabel t rtnlurankt etwa auf i#.'-^: %u@ntl'@i tm@sser der

  Lauf radbeschaufelun g.

  Desglei=chen läuft e:.°findungsgem.: die axiale Begren-

  zung des Diffusors zur: Maßenumfang des Laufrades hin

  mit stet igel'< Ufergang etwa radial aus,--und zwar ;il-er

  einen Kreis- oder Parabelbogen. In diesem Falle liegt der Kreismittelpunkt oder Parabelbrennpunkt etwa auf dem Außenhalbmesser des Laufrades innerhalb-des Diffusors. Hierdurch ergibt sich eine überaus gleichmäßige und verlustarme Anströmung an eine feststehende Leitvorrichtung.
• Die Erfindung bietet den gleichen Effekt sowohl bei ein- als auch bei mehrstufigen Radialverdichtern.
• Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes, und zwar zeigt: Fig. 1 den Radialverdiehter im Axialschnitt; Fig. 2 einen Teil einer Stufe im Querschnittl Fig. 3 den Diffusor in vergrößertem Maßstab; . .
• Fig. 4 ein Polarkoordinatendiagramm mit den Strombahnen der Relativgeschwindigkeit und der Absolutgeschwindigkeit; Fig. 5 ein Diagramm der RelativgesehWi#idigkeiten.
• Im zweiteil:L.gen Verdichtergehäus.e 12, 13 ist das Laufrad mit, seinen zwischen einer "'ragscheibe 10 und einer Deckscheibe 11 eingeschlossenen Schaufeln 27 " angeordnet und auf der Verdichterwelle 14 befestigt. Einen Teil. des Laufrades bildet ein unbeschaufelter Diffusor 15, den ein ortsfester Diffusor mit Leitschaufeln 16 gleicher Ein- und Austrittsbreite 25 umgibt. Das aus diesem austretende Arbeitsmittel gelangt in 17.
• Das lsufrad hat einen Außenhalbmesser 22 und die Lauf radbeechufelung einen Außenhalbmesser 21.
• Beim dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Brweiterungswinkel 23 des Diffusors 15 etwa 600 und das Verhältnis der Halbmesser 22 und 21 etwa 1,15.

  Wie @us Zig. 2 ersichtlich,

  ind die Kaufschaufeln -$

  und die (4rtofesten) Leitso ufeln 26 profiliert; :;

  Lau chaufelprofilliöhe 19 nit von Sohaufeleintritt

  ende her zunächst zu und da= zum Schaufelaustritteende 20 hin stetig ab. Dasselbe gilt für die Leitschaufeln 16. Der laufschautelaustrittawinkel int mit 18 bezeichnet. Die Innenwandung 24 des laufschaufelkanales 31 @(fig.@@) geht kreisbogenförmig in den Kegelmantel 44 des Diffusors 15 über. Der Kreismittelpunkt 41 liegt etwa auf dem Außenhalbmesser 21 der Laufradbeschaufelung. An den Kegelmantel 44 'mit dem Kegelwinkel 23 schließt ein kreisbogenförmiger Ubergang an bis --um Außenmantel des Laufrades. Dieser Kreisbogen hat einen Halbmesser 46 und einen Mittelpunkt 42. auf den lauf-- .. radaußenmantel mit dem Halbmesser 22. Die Ubergäuge sind dieselben auf der linken Diffusorseite, also auf der Seite der Scheibe 10.
• Den Einfluß des in Fig. 2 eingezeichneten Lsufachaufeleintritswinkels 18 auf den Wirkungsgrad erläutern die Fig. 4 und 5. Die durch das erfindungsgemäße Ver- hältnis der Halbmesser 22 und 21 (Fig. 3) bzw. r4 und r2 (Fig. 4) gegebene Möglichkeit Zur Wirkungsgradsteigerung läßt sich bei einem Laufschaufelaustrittswinkel von etwa 90o am besten ausnutzen, wie eich aus dem Verlauf der Relativgeschwindigkeit im Unlaufdiffusor, erklärt.
• So sind in Fig. 4 (linke Hälfte) die Strombahnen 37 der Relativgeschwindigkeit für einen Laufschaufelaustrittawinkel P 2 = 600 und im Vergleich dazu die Strombahnen 38 für einen haufschaufelaustrittawinkel 900 eingezeichnet. Weiter zeigt die rechte Hälfte der Fig. 4 die Strombahnen 35 und 36 der Ab- solutgeschwindigkeit für dieselben Winkel. Dabei sind die Strombahnen über dem Halbmesser 34 aufgetragen. Die Relgtivgeschwindigkeit 38 ergibt die kürzeste ' Bahn, wogegen die zugehörige Absolutgeschwindigkeit 35 eine lange Strombahn hat.

  .`Me beiden Winkel 2 = 60o und p 2 = 900 de-

  f ;Iittelt rag. 5 den Verlauf der (dimensionslosen)

  ixe _trüieachriädigkeit ir über der auf den Halbmesser

  be»denln Bahnlänge s. Zum Winkel

  p2 = 600

  @diii stetig ansteigende Kurve 47 und zum Winkel

  ke @tl@ötfalle ansteigende Kurve 48.

  z

  -ielgubtrittsWinkel wesentlich über

  - r

  1350 @rergrößert, dann stellt sich

  _ Äbfgll. stt der Gefahr der Ablösung

  behid 0 in . -kurve 33 mit Abnahme der

  isr'ceit bis sun Punkt 32). Der Abfall

  d-ßen bei Strömung, zumal er in @ße-

  :x`. k

  ~ tieges erfolgt. `

  üto erde» bei einet Laufschaufelaustritte-

  = ...w° derAWObehtlich kleiner als 900 ist, die Strom-

  --z. ,. - , .

  -r in tnhati'diffusor und damit auch die Reibenge-

  '1 F44X ä'. 1b erweist sich wegen der länge der

  so"l als auch mit Rocksicht auf den Schutz

  ;i4#n« iaffglichen_ Abfall der Relstivg0schwin-

  t: #- äter winkol als am günstigsten für

  lti--austritt, und zwar bei einem Laufrad,

  ._enbllbnesser in Verhältnis zum Außenhalb-

  t' i

  ,sl@ der latfrddbeschaufelung nicht kleiner als

  @Et@li. 1 ,1 . aad nicht größer als etwa 1,3 ist.

Claims (1)

1. eranspx°i,r@.Üe : 'r. .;;-.@.äfllveräa c'ht1@.= Lau fra-@f;--@.de ssexi @chaufelu :etwa 70o-und etvra# Gc ..lind Trat @ein.@r@ 1j1a1P.uf:=-D2ffia >.c)r, dessen - nx -r-+.wm:: _ 0trn- @_ `W a %,1`;f: de:s wa': Y .@a 1 -:1 @.@z@rF-@halk@'mf@;aer : r2, 2> > der %auf- @r-o v:if- dz- >` . ,f,ad;@xz#Jäab fc;@ t# .r.;.# ., .< .n . _ . . .. . .. x' 2 T ':.Y, rT. w 1.ä IG, P-.+.'. " .``i @a r #-511 i. .@ .l -ich. - @'r @- - a d ii Cr - ..ülAaß #b #JJ.'t - Di-f *'j@- @r -f.'"kdei.@EFLtn nkeZ U3) vqn,#-'et-wa 900 - a"@ : . : ea-yv t%i'@"1$1 ntS- f: twa 3 2 t3I2d #1e1 e.1rem i h.if äU T --E@:vreerungekr@x@ von etwa 6a das Ra- s e *#vra .3 beträgt@ Rar,-.a_` "i-#-rdi.`htrr nah Anspruch 1 oder 2-1 d .a - dur F. h g eker,n z. e ohne t , dafl c.i e axial e Begrenzung (24) des laufschaufelkanals (>@ ; .;r@soer.= oder paxabelförmig in die axial.° Begrenzung (441) des vi i Tusors e.15) übergeht, w,)- bei der Kre-smittelpunkt W) oder Parabelbrenn- punkt etwa auf dem Außenradius i' r,,, 21) der Lauf- radbeschaufelung (27) liegt. 4..) Radialverdl chter nach einem der Ansprüche 1 @. 3, d. a d u r c h g e k e n n z e 3 c h n e t , daß die axiale Begrenzung (44) des Diffusors (15) kreisbogen- oder parabelförmig zum Außenumfang des Laufrades (10, 11, 27) hin ausläuft, wobei der Kreismittelpunkt (42) oder Parabelbrennpunkt etwa auf dem Außenradius (r4, 22) des Laufrades' . innerhalb der beiden axialen Begrenzün (43, 44) . 5.,.: Jdi@yerdiöhtgr.:fxch Anspruch. 1 oder einem dep. t t# f'- t - 1R 1bir >U-ie ,ü@@- _ @rixksl .@@en elc b'e&annt, etwa 9a` >....".