DE1945860A1 - Verdichter fuer fluessige und gasfoermige Medien und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Verdichter fuer fluessige und gasfoermige Medien und Verfahren zu dessen Herstellung

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DE1945860A1 DE19691945860 DE1945860A DE1945860A1 DE 1945860 A1 DE1945860 A1 DE 1945860A1 DE 19691945860 DE19691945860 DE 19691945860 DE 1945860 A DE1945860 A DE 1945860A DE 1945860 A1 DE1945860 A1 DE 1945860A1
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Henri Huss
Joseph Plotkowiak
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/444—Bladed diffusers
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Description

"Verdichter für flüssige und gasförmige Medien und Verfahren zu dessen Herstellung."
Die Erfindung bezieht sich auf Verdichter für flüssige und gasförmige Medien und Verfahren zur Herstellung von Radialoder Axialverdichtern .mit einem Laufrad und einem Leitrad, d..h. einem Leitrad, in welchem die Geschwindigkeit des Mediums hauptsächlich eine Radialkomponente und daneben eine Axialkomponente aufweist, die bei einem ausschliesslich radial wirkenden Leitrad Null sein kann« Im besonderen betrifft die Erfindung Verdichter für gasförmige Medien, da die Anwendung dieser Verdichter am interessantesten zu sein scheint«
. Zum Zwecke der Vereinfachung der Konstruktion dieser Verdichter wurde bereits vorgeschlagen, deren Leitrad aus einer Reihe von Kanälen zu bilden, von denen jeder einen Einlaufteil aufweist, der das vom Laufrad abgegebene Medium aufnimmt, sowie einen eine
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Engstelle bildenden Mittelteil und einen divergierenden Austrittsteil hat, in welchem der Druck seinen Wert wieder erlangt.
Bs ist bekannt, daß bei der Verwirklichng des Einlaufteiles die größten Probleme auftreten, da dieses Einlaufteil bei den meisten möglichen aerodynamischen Bedingungen den υ,οπι Laufrad freigegebenen ringförmigen Durchsatz in eine Vielzahl von Abflüssen umwandeln muß, welche in die aufeinanderfolgenden Kanäle eingeleitet werden.
Die Mittelteile eines jeden Kanals weisen einen zur Mittelachse regelmässig verlaufenden Abschnitt auf. Die Eingangsteile bestehen aus Verlängerungen, die sich zur Eingangsseite eines jeden Mittelteiles erstrecken und. voneinander durch Schnittlinien getrennt sind. Jede der Schnittlinien kommt durch einen Schnitt zweier, im allgemeinen gleicher Zylinder zusxande, deren Achsen zusammenlaufen, wenn die axiale Komponente der Geschwindigkeit des Mediums im leitrad gleich Full ist, oder deren Achsen nicht zusammenlaufen, wenn die Axialkomponente der Geschwindigkeit des Mediums im Leitrad nicht gleich Hull ist.
Man hat nun festgestellt, daß die Porm dieser Linien dem Medium eine Bahn aufdrängt, die von der freien Bahn des Mediums an der Ausgangsseite des Laufrades und in Abstand vom Leitrad sehr verschieden ist, was die aerodynamische Leistungsfähigkeit des Leitrades beträchtlich beschränkt.
Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, die aerodynamische Leistungsfähigkeit der Leiträder der oben beschriebenen Verdichter zu verbessern.
Der Erfindung liegt ebenso die Aufgabe zugrunde, die Herstellung dieser Verdichter einfach, rasch und billig zu gestalten· ·
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Das Leitrad der oben beschriebenen Verdichter ist dadurch gekennzeichnet, 'laß es in der Weise angeordnet ist, daß an der Einlaufseite mindestens ein Bruchteil von jeder der Schnittlinien, welche die Eingangsteile der Kanäle des Leitrades trennen, sich au! .einer Ebene senkrecht zur Achse des Verdichters erstreckt und einer kurve folgt, die der freien 3ahn des !.Tediums an der Ausgangsseite des Laufrades und in Abstand vom Leitrad möglichst nahekommt, wobei die freie Bahn in etwa der logarithmisehen Spirale mit der Exponentialgleichung R = Re hat, in welcher m gleich der ?angente des Winkels ist, der durch den Vektor C für die absolute Geschwindigkeit des Mediums an der Ausgangsseite des Laufrades und durch den Vektor U für die Umfangsgeschwindigkeit des Mediums an der Ausgangsseite des Laufrades gebildet wird, und R den Außenradius des Laufrades darstellt.
Im Nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen
Figur 1 einen Teilschnitt senkrecht zur Verdichterachse in Draufsicht
Figur 2 eine perspektivische Toilansicht auf das Leitrad des in Figur 1 dargestellten Verdichters, wobei das Leitrad längs seiner querverlaufenden Syraetrieebene geschnitten wurie
Figur 3 und 4 jeweils eine schematische ieiläarsteilung in Dr*aufsicht und in vergrössertem llaßstab niit ien _eilen des in Figur 2 dargestellten Leitrades, wobei jeäe der beiden Figuren zwei LIcJgIi chkei ten des en'inlungsgemäßen Verfahrens darstellt.
Wie in Figur 1 dargestellt, weist iev Verdichter einerseits ein mit Schaufel 2 versehenes Laufrad 1, das durch eine Motorwelle 3 angetrieben wird, und andererseits ein radial wirkendes Leitrad 4 auf, in nein beispielsweise angenommen wird, daß die Geschwindigkeit des Ilediums keine Axi aiko nip ο η en te hat.
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Wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, besteht das leitrad 4 '. aus einer Reihe von Kanälen 5, von denen jeder einen Einlaufteil 6, der das vom Laufrad 1 abgegebene Medium aufnimmt, einen eine Engstelle bildenden Mittelteil 7 und einen divergierenden · Austrittsteil 8 hat, in welchem der Druck seinen Wert wieder erlangt.
Die Mittelteile 7 eines jeden Kanals 5 weisen einen zur Mittelachse regelmässig verlaufenden Abschnitt auf und die Ein- · laufteile 6 bestehen aus Verlängerungen, die sich zur Eingangs- * seite eines jeden Mittelteiles 7 erstrecken und voneinander durch Schnittlinien getrennt sind.
Wird nun beispielsweise angenommen, daß in dem radial wirkenden leitrad 4 die Geschwindigkeit des Mediums keine Axialkomponente aufweist, wird jede der Schnittlinien durch einen Schnitt zweier gleicher Zylinder dargestellt, deren Achsen zusammenlaufen.
Unter diesen Bedingungen sind die Schnittlinien Ellipsenpaare, von denen eine Ellipse allein die Einlaufteile 6 voneinander trennt und sich auf einer Ebene senkrecht zur Achse des Verdichters längs der Schnittlinie erstreckt, die dem Medium ) eine Bahn aufzwingt, die von der freien Bahn des Mediums an der Ausgangsseite des Laufrades und in Abstand vom Leitrad sehr verschieden ist, was die aerodynamische Leistung des Leitrades beträchtlich beschränkt. _ ,
Es ist ein Hauptanliegen der Erfindung, den Nachteil der beschrankten Leistungsfähigkeit des Leitrades zu vermeiden.
Entsprechend diesem Anliegen wird das radial wirkende Leitrad 4 so angeordnet, daß jede der Schnittlinien 9, welche die Einlaufteile 6 der Kanäle 5 des Leitrades 4 trennen, sich auf einer Ebene senkrecht zur Achse des Verdichters längs einer Kurve 10 erstreckt, die der freien Bahn des Mediums an der Ausgangsseite
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des Laufrades 1 und in Abstand des leitrades möglichst nahekommt, wobei die freie Bahn in etwa die Form der logarithmischen Spirale mit der Exponentialgleichung R = RQe hat, in welcher m gleich Tangens</ ist, ςΚ der .Winkel ist, der durch den Vektor für die absolute Geschwindigkeit C und duuh den Vektor für die UmfangsgeschwindigleLt U gebildet wird, und W den Vektor für die ReIativgeschwindigkeit darstellt (Figur 3 und 4).
Um Schnittlinien9 zu erzielen, welche dieser Eigenschaft entsprechen, ist es vorteilhaft, auf das in den Figuren 3 und 4 dargestellte Verfahren zurückzugreifen, nach welchem diese Schnittlinie 9 als ein Schnitt definiert ist zwischem dem Zylinder einerseits, welcher den Einlaufteil 6 des Kanals 5 bildet, und dem Torus andererseits, der durch die Rotation eines Kreiees 12 um eine zur Achse des Verdichters parallele Achse 11 erzeugt wird, wobei der Kreis 12 senkrecht auf der Achse des Kanals vor dessen Eingang - hinsichtlich der Umfangsgeschwindigkeit U liegt und der Kreis 12 einen Durchmesser hat, der dem Durchmesser des Mittelteiles 7 des Kanals entspricht.
Die Lage dieser Achse 11, die den Torus bestimmt, erhält man durch das in Figur 3 dargestellte Verfahren, demzufolge
man einen ersten Punkt 13 bestimmt, der auf einer querverlaufenden Symetrieebene des Leitrades 4 liegt und zu den beiden Zylindern gehört, welche die Einlaufteile 6 der beiden benach-· barten Kanäle 5 bilden,
man von diesem ersten Punkt 13 eine theoretische Kurve zieht, welche die Projektion der freien Bahn des Mediums an der Ausgangsseite des Laufrades 1 und in Abstand vom Leitrad auch die querverlaufende Symetrieebene des Leitrades 4 darstellt, wobei die freie Bahn im wesentlichen die Form einer logarithmischen Spirale mit der Gleichung R=R e ,
man einen zweiten Punkt 14 bestimmt, welcher auf dem Schnittpunkt dieser theoretischen Kurve und eines Kreises 15 liegt, auf welchem die Schnittpunkte 16 der Achsen der Kanüle 5 liegen, mäh einen dritten Punkt 17 bestimmt, welcher auf der Achse
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des ersten der beiden Kanäle 5 - hinsichtlich der Umfangsgeschwindigkeit U - und in einer senkrecht zu dieser Achse verlaufenden und durch den ersten Punkt 13 hindurchgehenden Ebene liegt,
man für das Bestimmen der Achse 11 auf der querverlaufenden Symetrieebene des Leitrades 4 einen vierten Punkt festlegt, welcher auf dem Schnittpunkt der Mittellinie 1ö der den zweiten und dritten Punkt 14 und 17 verbindenden Sekante und der den ersten und dritten Punkt 13 und 17 verbindenden Geraden 20 liegt»
Es ist angebracht darauf hinzuweisen, daß das oben beschriebene ψ Verfahren umso bessere Ergebnisse bringt, je mehr die Achsen der -Kanäle 5 gegen die Radialrichtung geneigt sind.
Die Lage der Achse 11 kann auch durch das in der !Figur 4 dargestellte Verfahren bestimmt werden, demzufolge
man einen ersten Punkt 19 bestimmt, der auf einer querverlaufenden Symetrieebene des Leitrades 4 liegt und zu den beiden Zylindern gehört, welche die Einlaufteile 6 der beiden benachbarten Kanäle 5 bilden,
man von diesem ersten Punkt 19 eine theoretische Kurve zieht, welche die Projektion der freien Bahn des Mediums an der Ausgangs- ^ seite des Laufrades 1 und im Abstand vom Leitrad auf die querverlaufende Symetrieebene des Leitrades 4 darstellt, wobei die freie Bahn in etwa eine logarithmische Spirale mit der Gleichung
R=R emÖ ist,
ο 7
man einen zweiten Punkt 20 bestimmt, der auf dem Schnittpunkt dieser theoretischen Kurve und eines PZreises 15 liegt, auf welchem die Schnittpunkte 16 der Achsen der Kanäle 5 liegen,
man einen dritten Punkt 21 bestimmt, der auf der Achse des ersten der beiden Kanäle 5 - bezüglich der Umfangsgeschwindigkeit U und in einer zu dieser Achse senkrecht liegenden" und durch den ersten Punkt 19 hindurchgehenden Ebene liegt, . '
und man eine Kurve 22 zieht, welche die zweiten und dritten Punkte 20 und 21 verbindet, wobei man die Kurve erhält, indem ■ · man von einem laufenden Punkt 23 der theoretischen Kurve ausgeht
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und auf der normalen 24 der theoretischen Kurve und der konvexen Seite eine Strecke d abträgt, die gleich der Strecke d ist, die den laufenden Punkt 23 von der Achse des zweiten der beiden Kanäle 5 - bezüglich der Umfangsgeschwindigkeit U trennt,
und die Achse 11 auf der querverlaufenden Symetrieebene des Leitrades 4 durch den Mittelpunkt des Kreises gebildet wird, welcher der Kurve 22 möglichst nahekommt.
Die Lage der Achse 11, die nacn einem der beiden oben beschriebenen Verfahren bestimmt worden ist, dient auf folgende Weise zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leitrades 4:
man bearbeitet zunächst das Leitrad 4 und stellt die Einlaufteile 6 der Kanäle 5 durch die Verlängerungen her, die sich zur Eingangsseite des entsprechenden Haupirteiles 7 erstrecken, wobei die Projektion der !Schnittlinien die Einlaufteile 6 voneinander trennt und einen geraden Abschnitt darstellt, der in den Figuren 3 und 4 mit der Bezugsziffer 1OQ versehen ist.
Danach wird ein xZugelfräser 25 in einen der Kanäle 5 des Leitrades 4 eingesetzt, wobei der Durchmesser des Kugelfräsers 25 gleich dem Durchmesser des I'ittelteiles 7 des Kanals 5 ist und der Kugelfräser 25 lurch der, Punkt hindurchgeht, welcher auf der querverlaufenden Symetrieebene des Leitrades 4 liegt und zu den nebeneinanderlielenden und aufeinanderfolgenden Zylindern - bezüglich der Umfangsgeschwindigkeit U - gehört, welche die Einlaufteile 6 der Kanäle 5 lilden.
Daraufhin sieht man Ilittel vor, un dem Kugelfräser 25 eine Drehbewegung um einen seiner Durchmesser zu erteilen, und sieht ferner i.jLttel vor, damit das Leitrad 4 und der Kugelfräser 25 gegeneinander eine Schwenkbewegung u=. die Achse 11 ausführen, wobei die Schwenkbewegung innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches begrenzt ist.
Man erhält also eine einfache und rasche Bearbeitung der Schnittlinie 9 zwischen dem Einlaufteil 6 des Kanals 5, in welchen
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der Kugelfräser 25 zuerst eingesetzt wurde, und dem Einlaufteil 6 des danebenliegenden Kanals 5 - hinsichtlich der Umfangsgeschwindigkeit U-.
Diese Bearbeitung kann auf einem Leitrad, das aus einem einzigen Stück besteht, oder auf jedem der "beiden Teile eines Leitrades vorgenommen werden, wenn es sich um ein Leitrad handelt, das aus zwei Teilen besteht, die in einer querverlaufenden Symetrieebene des Leitrades angeordnet werden.
Wie auch immer die Art der Herstellung sei, es entsteht ein Verdichter, dessen Leitrad eine erhöhte aerodynamische Leistung aufweist, wobei die Herstellung einfach, rasdh und verhältnis-
mäBsig billig bleibt.
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Claims (5)

  1. ANSPRÜCHE
    C\J Verdichter für flüssige und gasförmige Medien in der Bauart von Radial- oder Axialverdichtern mit einem laufrad und einem radial wirkenden Leitrad, in welchem die Geschwindigkeit dea Mediums hauptsächlich eine Radialkomponente und daneben eine Axialkomponente aufweist, wobei das Leitrad aus einer Reihe von Kanälen besteht, von denen jeder einen Einlaufteil, der das vom Laufrad abgegebene Medium aufnimmt, sowie einen eine Engstelle bildenden Mittelteil und einen divergierenden Austrittsteil aufweist, in welchem der Druck seinen Wert wieder erlangt, und wobei die Mittelteile eines jeden Kanals einen zu ihrer Achse regelmässig verlaufenden Abschnitt aufweisen und die Einlaufteile durch Verlängerungen gebildet werden, die sich zur Einlaufseite eines jeden Mittelteiles erstrecken, und wobei die Einlaufteile voneinander durch die Schnittlinien der Verlängerungen untereinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das radial wirkende Leitrad (4) so angeordnet ist, daß an der Eingangsseite mindestens ein Teil einer jeden der Schnittlinien (9)» welche die Einlaufteile (6) der Kanäle (5) des Leitrades (4) trennen, sich auf einer Ebene senkrecht zur Achse des Verdichters längs einer Kurve (10) erstreckt, die der freien Bahn des Mediums an der Ausgangsseite des Laufrades (1) und in Abstand vom Leitrad möglichst nahekommt, wobei die freie Bahn in etwa die Form der logarithmischen Spirale mit der Exponentialgleichung R=R e hat, in welcher m gleich der Tangente des Winkels ist, der durch den Vektor (C) für die absolute Geschwindigkeit des Mediums an der Ausgangsseite des Laufrades (1) und durch den Vektor (U) für die Umfangsgeschwindigkeit des Mediums an der Ausgangsseite des Laufrades (1) ist, und RQ den Außenradius des Laufrades (1) darstellt.
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  2. 2. Verfahren zur Herstellung eines Verdichters nach Anspruch 1 mit einem radial wirkenden Leitrad, in welchem die Geschwindigkeit des Mediums keine Axialkomponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlinie (9) durch einen'Schnitt zwischen dem Zylinder einerseits, welcher den Einlaufteil (6) des Kanals (5) bildet, und einem 'i'orus andererseits entsteht, der durch die Rotation eines Kreises (12) um eine zur Achse des Verdichters parallele Achse erzeugt wird, wobei der Kreis (12) senkrecht zur Achse des Kanals verläuft und vor dem entsprechenden Kanal - bezüglich der Umfangsgeschwindigkeit U - liegt und einen Durchmesser hat, der gleich dem Durchmesser des Mittelteiles des Kanals ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Achse (11) dadurch bestimmt wird, daß man einen ersten Punkt (13) bestimmt, der auf der querverlaufenden Symetrieebene des Leitrades (4) liegt und zu den beiden Zylindern gehört, welche die EinlaufteiIe (6) der beiden benachbarten Kanäle (5) bilden,
    daß man von diesem ersten Punkt (13) eine theoretische Kurve zieht, welche die Projektion der freien Bahn des Mediums an der Ausgangsseite des Laufrades (1) und in Abstand vom Leitrad auf die querverlaufende Symetrieebene des Leitrades (4) darstellt, wobei die freie Bahn in etwa die Form einer logarithm!se hen
    ΙΏ.Θ
    Spirale mit der Gleichung R=Re hat, daß man einen zweiten Punkt (14) bestimmt, der auf dem Schnittpunkt dieser theoretischen Kurve und eines Kreises (15) liegt, auf dem die Schnittpunkte (16) der Achsen der Kanäle (5) liegen, und daß man einen dritten Punkt (17) bestimmt, der auf der Achse des ersten der beiden Kanäle (5) - bezüglich der Umfangsgeschwindigkeit U- und in einer Ebene liegt, die senkrecht zu dieser Achse verläuft und durch den ersten Punkt (13) hindurchgeht, und daß die Achse (11) auf der querverlaufend en Symetrieebene des Leitrades (4) durch einen vierten Punkt gebildet wird, der auf dem Schnittpunkt der Hittellinie (18) der die zweiten und dritten Punkte (14 und 17) verbindenden Sekante und der Geraden (20) liegt, welche die ersten und (ritten Punkte (13 und 17) ver-r
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  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Achse (11)dadurch bestimmt wird, daß man einen ersten Punkt (19) bestimmt, der auf der querverlaufenden Symetrieebene des Leitrades (4) liegt und zu den beiden Zylindern gehört, welche die Einlaufteile (6) der beiden benachbarten Kanäle (5) bilden,
    daß man von dienern ersten Punkt (19) eine theoretische Kurve zieht, welche die Projektion der freien Bahn des Mediums an der Ausgangsseite des Laufrades und in Abstand vom Leitrad auf die querverlaufende Symetrieebene des Leitrades (4) darstellt, wobei die freie Bahn in etwa die Form einer logarithmischen Spirale mit der Gleichung R = RQemö hat,
    daß man einen zweiten Punkt (20) bestimmt, der auf dem Schmittpunkt dieser theoretischen Kurve und eines Kreises (15) liegt, auf dem nie S hnittpunk-te (16) e'er Achsen der Kanäle (5) liegen, daß man einen dritten Punkt (21) bestimmt, welcher auf der Achse dea ersten der beiden Kanäle (5) - bezüglich der Umfangsgeschwindigkeit U - und auf einer Z".:ene liegt, die senkrecht zu dieser Achse verläuft und durch üen ersten Punkt (19) hindurchgeht, und daß man eine Kurve (22) zieht, welche die zweiten und dritten Punkte (20 und 21) verbindet, wobei man ;ie Kurve dadurch erhält, daß man von einer, laufenden Punkt (23) der theoretischen Kurve ausgeht, indem man auf der normaler. (24) der theoretischen Kurve und der konvexer. 3^ite eine Strecke (d) abträgt, die gleich üer Strecke (d) ist, welche den laufenden Punkt (23) von ?er Achne das aweiten der bein*en Kanäle (5) - bezüglich der Umfangsgeschwindigkeit U - trennt,-
    und daß die A^hce (11) auf der querverlaufenden Symetrieebene des Leitradee (4) durch den Mittelpunkt *es Kreises gebildet wirr", welcher* der Kurve (22) möglichst nahekommt.
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  5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst das Leitrad (4) bearbeitet, um die Einlaufteile (6) der Kanäle (5) durch Verlängerungen zu bilden, die sich zur Eingangsseite des entsprechenden Mittelteiles (7) erstrecken, und man anschliessend einen Kugelfräser (25) in einen der Kanäle (5) · des Leitrades (4) einsetzt, wobei der Durchmesser des Kugelfräsers (25) gleich dem Durchmesser des Mittelteiles (7) des Kanals (5) ist und der Kugelfräser (25) durch den Punkt hindurchgeht, der auf der auerverlaufenden Symetrieebene des Leitrades (4) liegt und sowohl zu dem Zylinder gehört, der den Einlaufteil (6) des betrachteten Kanals (5) bildet, wie auchf$em Zylinder gehört, der den Einlaufteil (6) des nächsten benachbarten Kanals (5) - bezüglich der Umfangsgeschwindigkeit U - bildet, und daß man Mittel vorsieht, um dem KugelFräser (25) eine Drehbewegung um einen seiner Durchmesser zu erteilen, und man ferner IvIittel vorsieht, um dem Leitrad (4) und dem Kugelfräser (25) gegenseitig eine Schwenkbewegung um die Achse (11) zu erteilen, wobei die Schwenkbewegung in einem bestimmten Winkelbereich beschränkt ist.
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    ι * ·* Leerseite
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