DE19708952A1 - Seitenkanalverdichter mit sich verjüngendem Kanalquerschnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Seitenkanalverdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Seitenkanalverdichter werden in vielen Industriebereichen zur Verdichtung von Luft und technischen Gasen, als Ver­ dichter im Grobvakuumbereich, beispielsweise in der Pa­ pierindustrie, der polygrafischen Industrie usw., sowie als Kompressoren zur Erzeugung von Überdruck eingesetzt.

Wie alle Turboverdichter müssen auch Seitenkanalverdichter mit Rücksicht auf hohe Wirkungsgrade für den Nennpunkt aus­ gelegt werden. Hierbei wird der zulässige Betriebsbereich unter Berücksichtigung des vertretbaren minimalen polytro­ pen Kupplungswirkungsgrades festgelegt, um insgesamt einen optimalen polytropen Wirkungsgrad zu erreichen.

Bisher erfolgt die Auslegung der Verdichter, insbesondere des Seitenkanals, für inkompressible Strömung, d. h. unter Vernachlässigung der Dichteänderung, mit konstantem Quer­ schnitt des Seitenkanals im gesamten Umfangsbereich. Die Folge davon ist, daß im Druckbereich des Seitenkanals keine optimalen Geschwindigkeitsverhältnisse erreicht werden, die dem Dichteverhältnis entsprechen. Hierdurch werden sowohl die Arbeitsübertragung als auch der Wirkungsgrad beein­ trächtigt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Seiten­ kanalverdichter zur Beseitigung der geschilderten Nachteile derart auszugestalten, daß sich bei verbessertem Wirkungs­ grad eine Erhöhung des Volumenstroms mit einer gleichmäßi­ gen Drucksteigerung im Seitenkanal ergibt.

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Er­ findung ergeben sich aus Anspruch 1. Vorteilhafte Ausge­ staltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen be­ schrieben.

Der erfindungsgemäß ausgestaltete Seitenkanalverdichter weist einen abgewandelten Querschnitt des Seitenkanals auf, und zwar derart, daß sich der Querschnitt des Seitenkanals von der Saugseite in Richtung zur Druckseite verjüngt.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Erhöhung des Volumenstroms bei gleichmäßiger Druckerhöhung im Sei­ tenkanal durch näherungsweise gleichen Polytropenexponent.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Modifizierung des Seitenkanalquerschnittes ist generell eine Veränderung der Förderkennlinien zu erreichen. Dies bedeutet, daß mit größerem Kanalquerschnitt größere Volumenströme erzielt werden.

Hierbei wird jedoch der Betrag der Druckerhöhung reduziert. Um dieser Charakteristik entgegenzuwirken, ist erfindungs­ gemäß ein sich verjüngender Seitenkanalquerschnitt vorgese­ hen.

Zweckmäßigerweise ist die konstruktive Ausgestaltung derart vorgesehen, daß auf der Saugseite ein größerer Querschnitt des Seitenkanals vorliegt, und zwar vorzugsweise um minde­ stens den Faktor 1,15 gegenüber der Druckseite des Seiten­ kanals, und daß sich dieser Querschnitt des Seitenkanals in Richtung zur Druckseite verjüngt.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn sich der Querschnitt des Seitenkanals kontinuierlich bzw. stetig verjüngt.

Insgesamt wird durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung das vorteilhafte Ergebnis erzielt, daß der vergrößerte Ka­ nalquerschnitt im Saugbereich eine verbesserte Expansion des Gases gewährleistet, das von der Druckseite über den Unterbrecher eintritt. Somit kann auch ein Unterdruck auf niedrigerem Niveau erzielt werden, und die Saugleistung steigt an.

Außerdem wird durch die sich, insbesondere stetig, verjün­ gende Querschnittsfläche des Seitenkanals im Gehäuse eine zusätzliche Verdichtung des Gases erreicht. Hierdurch liegt ein hoher und konstanter Polytropenexponent im gesamten Seitenkanal vor.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Querschnittsverjüngung des Seitenkanals, bezogen auf den Querschnitt am Gaseinlaß, 20-40% beträgt.

Hierbei haben sich bei einer Seitenkanalquerschnittsverjün­ gung von ungefähr 130% am Gaseinlaß bis auf ungefähr 100% am Gasauslaß optimale Wirkungsgradverbesserungen gezeigt.

Bei einer vorteilhaften abgewandelten Ausführungsform ist im Seitenkanal des Gehäusedeckels eine nach innen zeigende Strömungsleitkante für die zu fördernden Medien angeordnet. Diese Strömungsleitkante ist in Form einer sich verjüngen­ den Rippe ausgebildet, wobei vorteilhafterweise der Quer­ schnitt der Strömungsleitkante an den sich verjüngenden Querschnitt des Seitenkanals angepaßt ist.

Die Strömungsleitkante kann einstückig mit der Wand des Seitenkanals ausgebildet sein. Statt dessen kann auch die Strömungsleitkante an einem gesonderten Leitring ausgebil­ det sein, der in den Seitenkanal an der entsprechenden ge­ wünschten Stelle an der Innenwand eingesetzt bzw. dort an­ gebracht ist.

Die vorteilhafte Wirkung dieser Strömungsleitkante besteht darin, daß sich eine beträchtliche Wirkungsgradverbesserung des Seitenkanalverdichters ergibt. Diese kann 5 bis 9% be­ tragen. Die Verbesserung des Wirkungsgrades wird durch die verbesserte strömungstechnische Auslegung im Seitenkanal erreicht, die ihrerseits durch die Strömungsleitkante be­ wirkt wird. Beim Betrieb des Seitenkanalverdichters drückt das offene Laufrad die zu fördernden Medien aus dem Laufrad heraus und schiebt diese gegen die äußere Zylinderwand des im Gehäuse bzw. im Deckel befindlichen Seitenkanals. Dort erfolgt auf der senkrecht zur Strömung stehenden Zylinder­ wandfläche des Seitenkanals die Umlenkung der Strömung in den äußeren Seitenkanalbereich. Hierbei wird dann, wenn die geschilderte Strömungsleitkante vorgesehen ist, eine ver­ besserte Umlenkung der Strömung erzielt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 den Deckel eines Seitenkanalverdichters in Draufsicht sowie

Fig. 2 im Querschnitt gemäß Linie II-II nach Fig. 1,

Fig. 3, 4, 5 und 6 erschiedene Querschnittsformen des Seitenkanals gemäß den Linien A-A, B-B, C-C und D-D nach Fig. 1;

Fig. 7 im Schnitt eine abgewandelte Ausführungsform des Seitenkanals mit einer einstückig ausgeformten Strömungsleitkante;

Fig. 8 eine abgewandelte Ausführungsform mit einem die Strömungsleitkante aufweisenden gesonderten Leitring in Draufsicht und

Fig. 9 im Querschnitt gemäß Linie IX-IX nach Fig. 8;

Fig. 10 schematisch im Schnitt einen Seitenkanalverdich­ ter mit einem einkränzigen Laufrad in radialer Bauart mit einem halbkreisförmigen Seitenkanal­ querschnitt;

Fig. 11 schematisch einen sog. doppelflutigen Seitenka­ nalverdichter im Schnitt und

Fig. 12 im horizontalen Querschnitt hierzu sowie

Fig. 13 die Abwicklung eines Seitenkanals mit dem sich von der Saugseite zur Druckseite hin verjüngen­ den Seitenkanalquerschnitt.

Wie aus Fig. 1 und 2 der Zeichnung ersichtlich, weist ein Seitenkanalverdichter ein mit Schaufeln versehenes Laufrad auf, das zur Verdichtung von Gasen in einem Gehäuse drehbar ist.

Das Gehäuse ist mit einem Deckel 1 versehen, der einen Gaseinlaß 2 sowie einen Gasauslaß 3 aufweist und, wie deut­ lich aus Fig. 2 ersichtlich, an seiner dem Laufrad zuge­ kehrten Seite einen Seitenkanal 4 begrenzt.

Der Querschnitt des Seitenkanals 4 ist schalenförmig und derart ausgestaltet, daß er sich vom Gaseinlaß 2 (Saug­ seite) in Richtung zum Gasauslaß 3 (Druckseite) verjüngt.

Hierbei erfolgt die Verjüngung des Seitenkanalquerschnitts beim dargestellten Ausführungsbeispiel kontinuierlich bzw. stetig.

Im einzelnen ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel die Querschnittsverjüngung derart getroffen, daß der Quer­ schnitt des Seitenkanals 4 an der Stelle D-D gemäß Fig. 1 in der aus Fig. 6 ersichtlichen Weise 130% beträgt. Von hier aus verjüngt sich dann der Querschnitt des Seitenka­ nals 4 stetig über 122% an der Schnittstelle C-C gemäß Fig. 1 (siehe Fig. 5) sowie über 107% an der Schnittstelle B-B gemäß Fig. 1 (siehe Fig. 4) bis auf 100% an der Schnittstelle A-A an bzw. nahe dem Gasauslaß 3 (siehe Fig. 3).

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist in der Innenwand des Seitenkanals 4 eine Strömungsleitkante 5 ausgebildet, die konisch sich verjüngend ausgeformt ist und in der dargestellten Weise nach innen zeigt. Diese Strö­ mungsleitkante 5 ist einstückig mit der Wand des Seitenka­ nals 4 ausgeformt und dient der entsprechenden Umlenkung der Strömung der zu fördernden Medien in den äußeren Be­ reich des Seitenkanals 4. Hierdurch wird eine bessere Um­ lenkung der Strömung erreicht, die eine Wirkungsgradverbes­ serung von 5 bis 9% bewirkt.

Die Ausbildung der Strömungsleitkante 5 über den gesamten Umfang des Seitenkanals 4 ist derart gewählt, daß der Quer­ schnitt der Strömungsleitkante 5 an den sich verjüngenden Querschnitt des Seitenkanals 4 angepaßt ist.

Während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7, wie darge­ legt, die Strömungsleitkante 5 einstückig mit der Wand des Seitenkanals 4 ausgebildet ist, ist bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 8 und 9 die Strömungsleitkante 5 an einem gesonderten Leitring 6 vorgesehen, der in der aus Fig. 8 ersichtlichen Weise ausgebildet ist und derart in das Innere des Seitenkanals 4 eingesetzt bzw. dort befe­ stigt ist, daß die Strömungsleitkante 5 in gleicher Weise wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform gemäß Fig. 7 nach innen zeigt. Auch bei dieser Ausführungsform wird hinsichtlich der Wirkungsgradverbesserung dieselbe Wirkung wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 erzielt.

Die Darstellungen in den Fig. 10 sowie 11, 12 dienen der ergänzenden Erläuterung der Wirkungsweise eines Seitenka­ nalverdichters und zeigen in Fig. 10 schematisch einen Sei­ tenkanalverdichter mit einem einkränzigen Laufrad 7 in ra­ dialer Bauart mit einem halbkreisförmig vorgesehenen Quer­ schnitt des Seitenkanals 4, wobei der Seitenkanal im Ge­ häuse bzw. Deckel 1 ausgebildet ist. Die in Fig. 10 darge­ stellten Pfeile geben den Strömungsverlauf der zu fördern­ den Medien wieder, und zwar derart, daß das offene Laufrad 7 mit seinen Schaufeln das zu fördernde Medium aus dem Laufrad 7 heraus drückt und dieses gegen die Wand des im Deckel 1 befindlichen Seitenkanals 4 drückt. Von dort wird die Strömung derart abgelenkt, daß das zu fördernde Medium wieder in das Laufrad 7 gedrückt wird.

Bei der abgewandelten Ausführungsform des Seitenkanalver­ dichters gemäß Fig. 11 und 12 ist ein sog. doppelflutiger Seitenkanalverdichter vorgesehen. Hierbei ist, wie aus Fig. 11 ersichtlich, das Laufrad 7 mit einem doppelten Schaufel­ kranz ausgebildet, wobei die eine Schaufelkranzeinheit von der anderen Schaufelkranzeinheit abgewendet ist. Jeder Schaufelkranzeinheit ist ein Seitenkanal 4, der an einem Deckel angeordnet ist, zugeordnet.

Bei jeder der beiden schematisch erläuterten Ausführungs­ formen gemäß Fig. 10 und 11 ist die erfindungsgemäß vorge­ sehene Querschnittsverjüngung des Seitenkanals vorhanden, wie deutlich aus Fig. 12 ersichtlich. Hierbei verjüngt sich der Querschnitt des Seitenkanals 4 vom Gaseinlaß 2 (Saug­ seite) in Richtung zum Gasauslaß 3 (Druckseite).

Diese Ausbildung ist weiterhin auch deutlich aus der Dar­ stellung gemäß Fig. 13, die eine Abwicklung des Seitenka­ nals 4 an der Saug- bzw. Druckseite zeigt, ersichtlich. Hierbei ist der Querschnitt des Seitenkanals 4 an dem Gaseinlaß 2, der vom Gasauslaß 3 durch einen Unterbrecher­ steg 8 getrennt ist, gegenüber dem Querschnitt nahe dem Gasauslaß um dasjenige Ausmaß erweitert, das durch den schraffierten Bereich 9 gekennzeichnet ist.

Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuter­ ter Merkmale wird im übrigen ausdrücklich auf die Zeichnung sowie die Patentansprüche verwiesen.

Claims (8)

1. Seitenkanalverdichter mit einem mit Schaufeln verse­ henen Laufrad, das zur Verdichtung von Gasen in einem mit einem Seitenkanal (4) ausgestatteten Gehäuse drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Seitenkanals (4) von der Saug­ seite (2) in Richtung zur Druckseite (3) verjüngt.

2. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Seitenkanals (4) kontinuierlich verjüngt.

3. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverjüngung des Seitenkanals (4), bezogen auf den Querschnitt am Gaseinlaß (2), 20-40%, vorzugsweise 30%, beträgt.

4. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Seitenkanals (4) von ungefähr 130% am Gaseinlaß (2) bis zu ungefähr 100% am Gasauslaß (3) verjüngt.

5. Seitenkanalverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Seitenkanal (4) des Gehäusedeckels (1) eine nach innen zeigende Strömungs­ leitkante (5) für die zu fördernden Medien angeordnet ist.

6. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Querschnitt der Strömungsleitkante (5) an den sich verjüngenden Querschnitt des Seitenkanals (4) angepaßt ist.

7. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 5 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitkante (5) ein­ stückig mit der Wand des Seitenkanals (4) ausgebildet ist.

8. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 5 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitkante (5) an einem Leitring (6) ausgebildet ist, der in den Seitenkanal (4) mit nach innen zeigender Strömungsleitkante (5) einge­ setzt bzw. dort befestigt ist.