DE1949833U

DE1949833U - AXIAL COMPRESSORS.

Info

Publication number: DE1949833U
Application number: DEL43153U
Authority: DE
Original assignee: LTG Lufttechnische GmbH
Current assignee: LTG Lufttechnische GmbH
Priority date: 1966-10-05
Filing date: 1966-10-05
Publication date: 1966-11-17

Description

-5.10.66 /-5.10.66 /

PATENTANWÄLTE
DIPL. ING. C. STOEPEL · DIPL. ING. W. GOLLWITZER LÄHDAT/PPAIZ ■ AM SCHÜTZENHOFPATENT LAWYERS
DIPL. ING. C. STOEPEL · DIPL. ING. W. GOLLWITZER LÄHDAT / PPAIZ ■ AM SCHÜTZENHOF

4. Oktober 1966 GthOctober 4, 1966 Gth

LTG Lufttechnische GmbH ,Stuttgart - ZuffenhausenLTG Lufttechnische GmbH, Stuttgart - Zuffenhausen

AxialverdichterAxial compressors

Die Neuerung bezieht sich auf einen Axialverdichter, der einstufig ausgebildet, aber auch mit zwei, drei oder mehr Stu* fen ausgestattet sein kann. ;The innovation relates to an axial compressor, the trained in one stage, but can also be equipped with two, three or more stages. ;

Bei Axialverdichtern tritt bei starker Drosselung unter halb des normalen Betriebsbereiches, also bei kleinerer For derm enge eine Instabilität der Kennlinie auf. Die Kennlinie , die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Druckerhöhung in Funktion der Fördermenge aufgetragen wird, erhält bei vom Normalbetriebszustand abweichenden Zuständen sattelförmige Einbuch tungen, die verbunden sind mit einer mehr oder weniger heftigen Druckabnahme statt mit einer Druckzunahme. Diese Betriebszu stände sind aus akustischen Gründen unerwünscht, da die im Laufrad abgerissene Strömung zu starken Schallbelästigungen führt. Gleichzeitig mit diesen Erscheinungen verbunden sind'Gefährdungen der !laufschaufeln ,~ die durch'die instabile Strömung in Schwin-In the case of axial compressors, the rate of throttling is less than half of the normal operating range, i.e. with a smaller shape narrow down an instability of the characteristic. The characteristic, which is characterized by the fact that the pressure increase is in function the delivery rate is applied, is obtained from the normal operating state deviating conditions saddle-shaped indentations, which are associated with a more or less violent Decrease in pressure instead of with an increase in pressure. These operating states are undesirable for acoustic reasons, as the flow that is interrupted in the impeller leads to strong noise pollution. At the same time associated with these phenomena 'threats the! blades, ~ which due to the unstable flow in vibrating

gungen versetzt werden. Diese Erscheinungen sind bedingt durch eine starke radiale Verschiebung der Stromlinien im Laufrad nach aussen, so dass sich die ganze Strömung der Spitze des Laufrades zu verlagert. Es können bei starker Drosselung Ringwirbel am Laufradeintritt auftreten, die die Fördermenge bis auf Null herunterdrücken können .be shifted. These appearances are conditional by a strong radial shift of the streamlines in the impeller outwards, so that the whole flow of the Tip of the impeller shifted too. With strong throttling, ring vortices can occur at the impeller inlet, which the Can push the delivery rate down to zero.

Ein einfaches Mittel, um dies-e lästigen Erscheinungen auszusehalten^ besteht in der Anordnung eines sogenannten Saugringes oder einer Stabilislerungsflache., die vor das Laufrad in einem bestimmten Abstand vom Gehäuse gesetzt wird. Diese Stabilisierungsfläche muss so nah wie möglich an die Eintrittskanten der Laufschaufeln herangebracht werden. Diese Fläche hat die Eigenschaft^ dass sie die Ausbildung des vorhin geschilderten "Wirbels zum Teil verhindert und in der Nähe der Schaufelspitzen des Laufrades noch eine gesunde Strömung erzwingt. Dies macht sich bemerkbar in einer Vergleichmässi gung der Charakteristik,, d.h. der Druck -Mengen- Kurve. Die sattelförmigen, tiefen Ausbuchtungen nach unten in der Kennlinie verschwinden oder werden doch so stark gemildert, dass ein stabiler Betrieb möglich ist. ©as Schallverhalten des Verdichters ist ein wesentlich anderes als ohne diese Stabilisierungsfläche und die Schwingungsbeanspruchungen der Laufschaufeln werden gemindert. "V: ; _ ^r ";-"-■""-" ^; A simple means to withstand these annoying phenomena consists in the arrangement of a so-called suction ring or a stabilizing surface, which is placed in front of the impeller at a certain distance from the housing. This stabilization surface must be brought as close as possible to the leading edges of the rotor blades. This surface has the property that it partially prevents the formation of the vortex described above and still forces a healthy flow in the vicinity of the blade tips of the impeller. Curve. The saddle-shaped, deep bulges down in the characteristic curve disappear or are at least softened to such an extent that stable operation is possible :; _ ^r ";-" - ■ "" - "^;

Bei Axialverdichtern mit einem fest eingestellten Vorleit rad hat es sieh als vorteilhaft erwies en, die Stabilisierungsfläche zwischen diesem und dem, nächfolgenden Laufrad anzuordnen .With axial compressors with a fixed inlet guide wheel it has proven advantageous to use the stabilization surface to be arranged between this and the next impeller.

Eine Mengenregelung ist bei jeder Kreiselmaschine durchA quantity control is through with every gyro machine

Drehzahlveränderungen gegeben. Es können aber auch mit einer festen Drehzahl die Mengen vorteilhaft durch ein regelbares Leitrad geregelt werden, welches vor das Laufrad der erst-en Stufe gesetzt wird. Bei einer Stellung der drehbaren Leitschaufeln im Sinne der Umfangs richtung wird die Menge verkleinert(Mitdrall). Bei Gegendrall· wird die Menge vergrössert. Bei dieser Methode der Mengenregelung treten jedoch bei stärkerer Abdrosselung wieder dieselben Unannehmlichkeiten auf wie bei der Stufe ohne Stabilisator.Speed changes given. But it can also be done with a fixed speed the quantities are advantageously regulated by a controllable stator, which is in front of the impeller of the first stage is set. With a position of the rotatable guide vanes in In terms of the circumferential direction, the amount is reduced (co-twist). With counter-swirl · the amount is increased. With this method With the flow rate control, however, the same inconveniences occur again with greater throttling as with the level without Stabilizer.

Um einen Verdichter in einem grössten Arbeitsbereich be treiben zu können,ohne diese Nachteile der akustischen Belästigung und der Gefahr der Schaufelschwingungen in Kauf nehmen zu müs sen, soll eine Maschine geschaffen werden, die in den verschiedenen Betriebsgebieten mit annähernd stabiler Kennlinie zu arbeiten vermag. Bei lufttechnisehen Anlagen ist es von grösstem Vorteil, bei stark wechselnden Fördermengen, die mit den Erfordernissen des mit Luft zu bedienenden Fabrikationsvorganges zusammenhängen, in jedem geforderten Betriebsbereich stabile Strömungsverhältnisse in der Verdichterstufe zu schaffen . .To operate a compressor in the largest work area without having to accept these disadvantages of acoustic nuisance and the risk of blade vibrations, a machine is to be created that can operate in the various Operational areas with an approximately stable characteristic are able to work. In the case of air-technical systems, it is of the greatest advantage to strongly changing delivery rates, which with the requirements of the related to air-operated manufacturing process, in stable flow conditions in every required operating range to create the compressor stage. .

Dig Neuerung löst die gestellte Aufgabe durch einen ein- oder mehrstufigen Axialverdichter mit Laufrad und na ehg es ehalt et em Leitrad sowie einer konzentrisch zur Verdichterachse angeordne ten, der Form des Säugmuhdes bzw. des Aussengehäuses ange passten Stabilisierungsfläche vor dem Leitrad der ersten Stufe, bei "welchem die SchaufelndesVorleitrades um vorzugsweise radial zur Verdichterachse angeordnetevÄehsen schwenkbar sind und von der Nabe des Verdichters .bis: zur Innens eite der Stabilisieruhgsfläche reichen, welche die Scliaufein des VorTeitrades^s zumindest ;über deren gesamte .^asäatie Erstreckung abdeckt und^bis unmittelbar vor das Laufrad reicht und.dergestaltzur Gehäusewand hin^einen vonDig Neuerung solves the problem with a single or multi-stage axial compressor with an impeller and a stator, as well as a stabilizing surface in front of the stator of the first stage, which is arranged concentrically to the compressor axis and is adapted to the shape of the suckler or the outer housing "wherein the SchaufelndesVorleitrades are angeordnetevÄehsen to preferably radially to the compressor axis of pivoting and of the hub of the compressor .to: for Innens eite the Stabilisieruhgsfläche range which ^s at least the Scliaufein of VorTeitrades; covering over their entire ^ asäatie extension and ^ to immediately before that. The impeller extends and thus towards the housing wall ^ one of

Leifeschaufein freibleibenden Ringspalt bildet.Leifeschaufein an annular gap that remains free.

Mit dieser Anordnung ist es sehr' einfach möglichj mit Hilfe des verstellbaren Vorleitrades bei konstanter Drehzahl eine Mengenregelung zu erreichen, ohne dass man bei sehr starker Drosselung in das Abriss gebiet kommtj in welcheja,, wie beschrieb en₃ Unzuträglichkeiten akustischer und mechanischer Natur auftreten . Dies kann nur durch die beschriebene gegenseitige Zuordnung der Stabilisierungsfläche mit den unter ihr angeordneten drehbaren Vorleitschaufeln vor dem Läufrad erreicht werden. Auch bei kleinen Mengendurchsätzen wird eine annähernd "monoton verlaufende Druck- Mengen- Kurve erzielt , ' '_ ^: - "-. . ·With this arrangement it is very easy to achieve volume control with the help of the adjustable inlet guide wheel at a constant speed, without getting into the demolition area with very strong throttling, in which, as described, ₃ acoustic and mechanical inconveniences occur. This can only be achieved by the described mutual association of the stabilization surface with the rotatable inlet guide vanes arranged below it in front of the impeller. Even with small throughputs, an approximately "monotonous pressure-volume curve is achieved ," _ ^: - "-. . ·

Es hat sich als besonders"vorteilhaft herausgestellt, dem zwischen der Stabilisierungsfläche und dem Gehäuse gebildeten Ringspalt eine radiale Breite von etwa 1/8 bis 1/7 der radialen Laufs cha ufellänge zu geben.It has been found to be particularly "advantageous to the The annular gap formed between the stabilizing surface and the housing has a radial width of about 1/8 to 1/7 of the radial width Run to give cha ufel length.

Ebenso soll bei einer bevorzugten Ausführungsform der axiale Abstand zwischen den Austrittskanten der Vorleitschaufeln des Vorleitrades und den Eintrittskanten der Laufschaufeln wenigstens das Achtfache der grössten Profildicke der Vorleitschaufeln in ganz geöffnet-em Zustand betragen .Likewise, in a preferred embodiment, the axial distance between the outlet edges of the inlet guide vanes of the inlet guide wheel and the inlet edges of the rotor blades should be at least that Eight times the largest profile thickness of the inlet guide vanes when fully open.

Bei der genannten Breite des Ringspaltes ergeben sich die im Sinne der Neuerung günstigsten Kennlinien im Druck- Mengen - Diagramm. Der weiterhin genannte'Abstand gewährleistet mit den ge nannten Maßen den akustisch ruhigsten Lauf des Verdichters. ^: With the mentioned width of the annular gap, the most favorable characteristic curves in the sense of the innovation result in the pressure-quantity diagram. The distance mentioned further guarantees the acoustically quietest running of the compressor with the dimensions mentioned. ^:

"Weitere Merkmale der Neuerung und Einzelheiten der durch dieselbe erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in d'er beigefügten Zeichnung rein schematisch"Other features of the innovation and details of the by the same advantages achieved emerge from the following description a purely schematic in d'er attached drawing

dargestellten Ausführungsform des Neuerungsgegenstandes .illustrated embodiment of the innovation.

Fig. 1 zeigt einen Teillängsschnitt durch eine Verdichter stufe., inFig. 1 shows a partial longitudinal section through a compressor stage ., In

Fig. 2 ist eine Einzelheit in vergrössertemFig. 2 is a detail on an enlarged scale

Maßstab im Schnitt nach der Linie II - II der Fig, I dargestellt.Scale in section along the line II - II of FIG.

Der Verdichter weist in üblicher und bekannter Weise ein Lauf rad mit Schaufeln 1 sowie ein diesem nachgesehaltetes Leitrad mit Schaufeln 2 auf. Vor dem Laufrad ist ein Vorleitrad 3 mit um Achsen 5 schwenkbaren Sehauf ein 4 zur Regelung der Durchsatzmenge angeordnet. Diese Leitschaufeln 4 des Vorleit rades 3 erstrecken sich von der Nabe 8 nicht bis zum Gehäuse 6 des Verdichters, sondern lediglich bis zu einer ringförmigen Stabilisierungsfläche 7, welche sich wenigstens über die gesamte axiale Erstreckung der Leitschaufeln 4 bis unmittelbar an die Vorderkanten der Laufradschaufeln 1 ausdehnt und so die Leitschaufeln nach aussen abdeckt.The compressor instructs in the usual and known manner Runner wheel with blades 1 and a stator following this with shovels 2 on. There is an inlet guide vane 3 in front of the impeller arranged with a 4 pivotable about axes 5 to regulate the throughput rate. This guide vanes 4 of the Vorleit wheel 3 do not extend from the hub 8 to the housing 6 of the compressor, but only up to an annular stabilizing surface 7, which extend at least over the entire axial extent of the guide vanes 4 right up to the leading edges the impeller blades 1 expands and so the guide vanes covers to the outside.

Die ringförmige Stabilisierungsfläche bildet mit dem Gehäuse 6, dem sie in ihrer Form angepaßt ist,, einen Ringspalt 9. Dieser Ringspalt 9 hat vorzugsweise eine Breite in Radialrichtung, welche etwa 1/8 bis 1/7 der gesamten radialen Länge der Laufschaufeln 1 entspricht. Der zwischen den Sorderkanten Laufradschaufein 1 und den diesen zu gerichteten Kanten der Stabilisierungsfläche 7 gebil dete jSpalt Io soll so klein wie möglich gehalten werden. Man wird also mit der Kante der Stabilisierungsfläche so nahe an die Vorderkanten der Laüfradflächen 1 herangehen,; wie es aus Sicherheits gründen gerade noch möglich ist .:: -The annular stabilizing surface forms with the housing 6, which it is adapted in shape, an annular gap 9. This Annular gap 9 preferably has a width in the radial direction which about 1/8 to 1/7 of the total radial length of the rotor blades 1 is equivalent to. The between the Sorderkanten impeller blades 1 and the this to directed edges of the stabilizing surface 7 gebil ended jGap Io should be kept as small as possible. You will so with the edge of the stabilization surface so close to the front edges approach the Laüfradflächen 1 ,; as it is for security reasons is just possible. :: -

Ebenso wie sich für die Breite des Ringspaltes 9 ein optimales Maß herausgestellt hat,, gilt dies auch für den Abstand 11 zwischen den Vorderkanten der Laufradschaufeln 1 und dem Hinterkanten der Leitschaufeln 4 des Vorleitrades 3 in deren ganz ge öffnet em Zustand. Es hat sich herausgestellt, dass dieser Abstand wenigstens das Achtfache der grössten Profildicke 12 der Schau fein 4 des Vorleitrades 3 in ganz geöffnetem Zustand betragen sollte. .■-■■■.■■. ;As well as an optimal one for the width of the annular gap 9 Measure, this also applies to the distance 11 between the leading edges of the impeller blades 1 and the trailing edge of the guide vanes 4 of the inlet guide 3 in the very ge opens em state. It has been found that this distance at least eight times the largest profile thickness 12 of the look fine 4 of the inlet guide wheel 3 should be in the fully open state. . ■ - ■■■. ■■. ;

Mit der neuerungsgemässen Ausführungsform, eines Axial Verdichters kann die gestellte Aufgabe so gut gemeistert werden, dass bei mehrstufigen Verdichtern lediglich vor das Laufrad der ersten und dann frühestens der vierten Stufe ein regelbares Vorleitrad 3 mit der diesem η eu e rungs gern äs s zugeordneten Stabilisierungsfläche 7 angeordnet zu werden braucht. Die erstrebte Wirkung tritt also über drer Stufen ein .With the embodiment according to the innovation, an axial compressor the task at hand can be mastered so well that with multi-stage compressors only the first and then at the earliest the fourth stage an adjustable inlet guide vane 3 needs to be arranged with the stabilizing surface 7 assigned to this η eu e rungs like äs s. The aspired Effect occurs above three levels.

Claims

P.A. 519 342*-5.10-66P.A. 519 342 * -5.10-66

PATBN ^- -TATTWiLLTlJ
DIPL. ITTG. C. STOEPEIi · DIPL. XKTG. W. GOtLWITZEB

LANDAU/PFALZ · AM SCHÜTZINHÖFLANDAU / PALATINATE AM SCHÜTZINHÖF

October 4, 1966 Gth

Protection requirement:

1.) Single or multi-stage axial compressor with impeller and downstream stator and a concentric to the compressor axis arranged, the shape of the suction mouth or the outer housing adapted stabilization surface in front of the stator of the first stage, characterized in that the blades of the front stator to preferably radially Axes arranged on the compressor axis are pivotable and extend from the hub of the compressor to the inside of the stabilization surface, which covers the blades of the inlet guide wheel at least over their entire axial extent and extends to directly in front of the impeller and thus a fine guide face towards the housing wall remaining free annular gap forms ¹ > Λ

2.) Axial compressor according to claim 1, characterized in that the between the wall of the housing (6); and the annular gap (9) formed by the stabilizing surface (7) has a radial width of approximately 1/8 Ms 1 / -7 of the radial length of the rotor blades (1),; \ _: -

3.) Axial compressor according to claim 1 and: 2 _a : thereby marked eich.net; that the ^ axial: distance (11) between the exit edges of the yprleitschaüfein fä) of the ¹ Vprleitrades and the ^ leading edge of the barrel _: (l) J = weHigsteiis ^: "da1s eight times" the "largest test arrow thickness; (12) the ^ Vo ' rleit- blades (4) In all 'geöffeetem' state is: _^{^T:::} .V-.