DE2005536A1

DE2005536A1 - Axialer Kompressor mit verstellbaren Statorschaufeln

Info

Publication number: DE2005536A1
Application number: DE19702005536
Authority: DE
Original assignee: Ckd Praha, Oborovy Podnik, Prag
Priority date: 1969-02-20
Filing date: 1970-02-06
Publication date: 1970-09-10
Also published as: DE2005536B2; GB1259739A; CH510202A; US3647312A; SE359148B

Description

-15·2θθΡ(15.281H) 6.2.1970

PRAHA, oborovy podnik, PRAO (Tschechoslowakei)

Axialer Kompressor mit verstellbaren Statorschaufeln

Die Erfindung bezieht sich auf einen axialen Kompressor (axialen Verdichter), dessen Schaufeln im Stator während des Betriebes zum Zweck einer kontinuierlichen Regelung der Menge des gelieferten komprimierten Gases verstellbar angeordnet sind·

Die bekannten axialen Kompressoren bestehen im wesentlichen aus zwei Hauptteilen, das heißt aus einem Rotor, der in einem geteilten Statorgehäuse gelagert ist. Beide Grundbestandteile sind mit Schaufeln versehen, die in kreisförmigen Reihen angeordnet sind und in einen gemeinsamen ringförmigen Durchflußraum eingreifen. Das Statorgehäuee enthält einerseits einen inneren Teil oder eine Tragtrommel, in der die Statorschaufeln drehbar gelagert sind, und andererseits einen äußeren Teil oder

233-(S 65O6)-Tp-r (7)

009837/1369

-Z-

Mantel. Im freien Raum zwischen der Tragtrommel und dem Mantel ist in der Gesamtlänge gleichachsig beweglich ei ne kompakte Regeltrommel angeordnet, die einen Bestandteil der einstellbaren Anordnung der Statorschaufeln bildet. An die Regeltrommel ist eine Einstellanordnung angeschlossen, durch die die Bewegung der Regeltrommel bei der geforderten Regelung auf die Statorschaufeln übertragen wird. Diese Bewegung der Regeltrommel kann entweder als eine Drehbewegung oder eine Schubbewegung in der Richtung ihrer Längsachse vorgesehen sein.

Die bis jetzt bekannte Konstruktion eines axialen Kompressors mit einer Regelanordnung weist einen verhältnismäßig großen äußeren Durchmesser des Statorgehäuses und dadurch auch ein hohes Gewicht auf. Einen weiteren Nachteil dieses Kompressors bilden die Strömung der komprimierten Gase und eine Wirbelbewegung derselben im ringförmigen freien Raum zwischen der Tragtrommel und dem äußeren Mantel, das heißt im Raum mit der Regeltrommel. Zum Strömen der Gase kommt es durch die Einwirkung ihrer verschiedenen Drücke am Anfang und am Ende des Virkungsraumes des Kompressors, und die Strömung verursacht eine Verschlammung der Gleitflächen durch Verunreinigungen aus dem komprimierten Gas. Zur Verhütung dieser ungünstigen Erscheinung werden entweder komplizierte Zusatzanordnungen benutzt, wie zum Beispiel eine Dichtung der einzelnen Drehzapfen sämtlicher Statorschaufeln oder das Anblasen dieses freien Raumes mit einem reinen Gas unter einem Druck, der höher als der maximale Druck im Bereich der letzten Reihe der Statorschaufeln ist. Dadurch werden jedoch in beiden Fällen die passiven Widerstände und daher auch die Verstellkraft erhöht, die zum Verstellen der Statorschaufeln notwendig

009837/1359

ist. Außerdem entsteht beim Anblasen die Gefahr einer Korrosion in Folge einer Kondensierung von Wasserdampfen, die im komprimierten Gas enthalten sind. Mit der Frage, wie der Korrosion vorzubeugen ist, beschäftigen sich Vorschläge für weitere Maßnahmen, die jedoch die Vorrichtung des Kompressors weiter komplizieren und verteuern.

Sämtliche angegebenen Nachteile beseitigt im wesentlichen die Ausführung des Statorgehäuses und der Verstellanordnung der Statorschaufeln nach der Erfindung. Sie besteht bei einem Kompressor der eingangs genannten Art darin, daß die Wand des Ourchflußraumes an der Seite des Statorgehäuses durch ein System von selbständigen Tragringen gebildet ist, die gleichachsig und hintereinander in einer Ausnehmung des Statorgehäuses gelagert sind, wobei an jedem Tragring mindestens eine kreisförmige Reihe von Statorschaufeln angeordnet ist, deren Verstellanordnung einen Regelring enthält, der drehbar und gleichachsig mit dem Tragring der Statorschaufeln gelagert ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt; darin zeigen:

Fig. 1 'teilweise Längsschnitte durch den Rotor, und das Statorgehäuse des axialen Kompressors in zwei Ebenen nach den Linien I-I bzw. I'-I* in Fig. 2;

Fig. 2 teilweise Querschnitte nach den Linien II-II bzw. II«-II· in Fig. 15

009837/1359

Fig. 3 im vergrößerten Maßstab ein Detail der zwei Längsschnitte in Fig. 1{

Fig. 4 ein Detail der zwei Querschnitte in Fig. 2;

Fig. 5 eine schematische Skizze der Verstellanordnung, die aus mehreren Sektionen von Statorschaufeln besteht)

Fig. 6 ein Schema eines Querschnittes durch eine Statorechaufel, die durch drei verschieden lange Regelstifte verstellt wird;

Fig. 7 einen teilweisen Längsschnitt durch den axialen Kompressor mit einer Ansicht der Rotorschaufel und der Statorschaufel und einem teilweisen Schnitt durch die Bandage mit dem Ende des Flügels der Statoreohaufal;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen Teil der

Bandage längs der Linie VIII-VIII in Fig. 7 in abgewickelter Darstellung mit Hilfezapfen der Statorechaufein ι und

Fig. 9 einen Querschnitt durch die Bandage mit einer alternativen Verbindung der beiden Hälften der Bandage.

Der axiale Kompressor besteht im wesentlichen aus einem Rotor 1 und aus einem horizontal geteilten Statorgehäuse 2, das mit Schaufeln 3 bzw. 4 versehen ist, die in kreisförmigen Reihen angeordnet sind. Die Schaufeln

009837/1359

des Rotors und die Statorschaufeln 4 greifen mit ihren Flügeln in den gemeinsamen Durchflußraum 5 in der Form eines Ringes zwischen dem Rotor 1 und dem Statorgehäuse 2 ein. Die Wand des Durchflußraumes 5 ist an der Seite des Statorgehäuses 2 durch ein System von selbständigen Tragringen 6 gebildet, die gleichachsig hintereinander im Statorgehäuse so gelagert sind, daß sie aneinanderanliegen. Zu diesem Zweck ist an der inneren Wand des Statorgehäuses 2 im Grunde seiner ganzen Länge eine Ausnehmung 7 angebracht, in der die einzelnen Tragringe 6 gelagert sind. Der Tragring 6 der Statorschaufeln hat ein Profil, das dem Buchstaben "L" mit einem horizontalen zylindrischen Teil und mit einer senkrechten oder radialen Rippe entspricht, mit deren Hilfe der Tragring 6 in der Ausnehmung 7 des Statorgehäuses gelagert ist. Der Tragring 6 ist horizontal in zwei Hälften geteilt, und im Raum zwischen dem zylindrischen Teil und der radialen Rippe ist ein Regelring 8 angeordnet. Durch eine Zusammenstellung einiger Tragringe 6 hintereinander wird ein überwiegender Teil der Innenwand des Stetergehäuses gebildet, das den Durchflußraum 5 abgrenzt.

Im Tragring 6 sind radiale Öffnungen 9 für drehbare Hauptzapfen 10 der Statorschaufeln angeordnet. Die Hauptzapfen 10 sind axial durch Ringe 10· gesichert· Die Kontaktflächen zwischen dem Tragring 6 der Statorschaufeln und dem Regelring 8 sind mit runden Profilnuten 11 für Wälzelemente, zum Beispiel Kugeln 12 (Fig. 3), ausgestattet. Der Regelring 8, der einen Bestandteil des Verstellmechanismus der Statorschaufeln k bildet, ist mit einem Zahnsegment 13 versehen, in das ein Ritzel lk eingreift, das auf einer Regelwelle 15 aufgekeilt ist· Die Regelwelle 15 ist in Lagern "\6 gelagert, die im Längs-

009837/1369

kanal 15* des Statorgehäuses angeordnet sind, den die Regelwelle durchläuft.

Der Regelring 8 ist mit radialen Öffnungen 17 versehen, in welchen drehbar und schiebbar zylindrische Bauteile 18 gelagert sind, in deren gabelartig gebildetes Ende ein Regelstift 19 eingreift. Das zweite Ende des Regelstiftes 19 ist drehbar in einer Querbohrung des Hauptzapfens 10 der Statorschaufel gelagert. Jeweils einige hintereinanderliegende Tragringe 6 der Statorschaufeln und die ihnen entsprechenden Regelringe 8 bilden eine Sektion a, b, c, die selbständig mit Hilfe der gemeinsamen Regelwelle 15 betätigt wird (Fig. 5).

Die Regelstifte 19 (Fig. 6) haben in einer kreisförmigen Reihe der Statorschaufeln k dieselbe Länge 1 , jedoch in verschiedenen kreisförmigen Reihen von Statorschaufeln einer Sektion verschiedene Längen I₁, I₂, 1_· Infolgedessen ist es möglich, verschiedene Größen der Winkeleinstellung - Winkel oL· * o£_pt o£* - der Statorschaufeln entweder in einer jeden Reihe derselben oder in einer jeden Sektion zu erzielen. Dieselbe Wirkung kann auch durch ein verschiedenes Übersetzungsverhältnis erzielt werden, das heißt durch verschiedene Anzahlen von Zähnen auf Zahnsegmenten 13 und deren Ritzeln "\k.

Die Enden der Flügel der Schaufeln k sind mit Hilfszapfen 20 versehen (Fig. 7), die gleichachsig mit den Hauptzapfen 10 angeordnet und in einer kreisförmigen Bandage 21 gelagert sind, in der radiale Ausnehmungen mit einem um etwas größeren Durchmesser als dem des Hilfszapfens 20 gebildet sind. In einem so entstandenen Kreisringraum ist radial eine rohrförmige Einlage 23, zum Bei-

009837/1359

spiel in der Form eines gewellten Metallrohrs eingesetzt. Die Ring-Bandage 21 ist durch eine Ebene in zwei Teile eingeteilt, die durch die Längsachsen der radialen Ausnehmungen 22 hindurchgeht, und mit Schrauben 2k zusammengehalten (Fig· 8). Fig. 9 ist eine alternative Verbindung der beiden Hälften der kreisförmigen Bandage 21 mit Hilfe eines Schrumpfringes 25 dargestellt.

Die Ausnehmung 7 (Fig. 1) in der ganzen Länge des Statorgehäuses ist mit Hilfe der Tragringe 6 in Teilringkammern eingeteilt, die untereinander, zum Beispiel mit Hilfe von Gummiringen 26 und 27 abgedichtet sind, die einerseits in Nuten in einer Plan-Stirnwand,andererseits In Nuten an einer äußeren Zylinderfläche eines jeden Tragrings 6 angeordnet sind. Außerdem sind die Dichtungen 28 an den Lagern 16 der Regelwelle 15 angeordnet. In diesen Kammern herrscht derselbe Druck des Gases wie im zuständigen Gebiet des Durchflußraumes 5 unterhalb der entsprechenden Statorschaufel. Dadurch werden die Strömung der Gase im Raum der Verstellanordnung verhindert und deren ungünstige Folgen beseitigt.

Der Tragring 6 mit den Statorschaufeln 4, mit dem Regelring 8 und mit der entsprechenden Versteilanordnung bilden eine Baukasteneinheit, ein sogenanntes Statorgitter. Es ist möglich, aus den einzelnen Statorgittern baukastenartig einen Durchflußraum des axialen Kompressors mit einer beliebigen Anzahl der Reihen der Statorschaufeln zusanunenzustellen. Jeweils einige Reihen von Statorschaufeln bestimmter Parameter können segmentartig zusammengeschlossen und durch einen Servomotor 29 verstellt werden; dabei ist die Anzahl der Sektionen durch den Grad der Gaskompression gegeben.

009837/1359

Dadurch, daß es möglich ist, eine gegenseitig verschiedene Verstellung der Statorschaufeln, und zwar entweder in einer Sektion oder mit verschiedener Verstellung im Verhältnis zu den einzelnen Sektionen zu erzielen, ist die Voraussetzung zum Erreichen eines optimalen Verlaufs deren gegenseitiger Verstellung auch während des Betriebs gegeben.

009837/1359

Claims

Patentansprüche

(1J Axialer Kompressor mit verstellbaren Statorschaufeln, der im .wesentlichen aus einem Rotor und einem geteilten Statorgehäuse besteht, die mit Schaufeln versehen sind, die in kreisförmigen Reihen angeordnet sind und in einen gemeinsamen ringförmigen Durchflußraum eingreifen, dadurch gekennzeichnet , daß die Wand des Durchflußraumes (5) an der Seite des Statorgehäuses (2) durch ein System von selbständigen Tragringen (6) gebildet ist, die gleichachsig und hintereinander in einer Ausnehmung (7) des Statorgehäuses (2) gelagert sind, wobei an jedem Tragring (6) mindestens eine kreisförmige Reihe von Statorschaufeln (4) angeordnet ist, deren Verstellanordnung (8) und (11 bis I9) einen Regelring (8) enthält, der drehbar und gleichachsig mit dem Tragring (6) der Statorschaufeln gelagert ist.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragringe (6) der Statorschaufeln (k) die Ausnehmung (7) des Statorgehäuses (2) in ringförmige Teilkammern einteilen, die untereinander zum Beispiel durch Gummiringe (26, 27, 28) abgedichtet sind, die an jedem Tragring (6) der Statorschaufeln und jedem Lager (16) der Regelwelle (15) angeordnet sind.

3. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Regelring (8) ein Zahnsegment (13) angeordnet ist, das mit dem Ritzel (i4) im Eingriff steht, das auf der Regelwelle (15) aufgekeilt ist, die in den Lagern (16) gelagert ist und den Längskanal (15') des Statorgehäuse β (2) durchläuft.

009837/1359

k. Kompressor nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Tragring (6) der Statorechaufein (k) ein Profil des Buchstaben "L" mit einem horizontalen zylindrischen Teil und mit einer senkrechten oder radialen Rippe besitzt, die in der Ausnehmung (7) des Statorgehäuses (2) gelagert ist, wobei im Raum zwischen dem zylindrischen Teil und der radialen Rippe der Regelring (8) angeordnet ist.

5* Kompressor nach den Ansprüchen 1 bis k_t dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen zwischen dem Tragring (6) der Statorschaufeln (k) und dem Regelring (8) mit runden Profilnuten (11) für Wälzelemente, zum Beispiel für Kugeln (12) versehen sind.

6. Kompressor nach den Ansprüchen 1, 3» 4» 5t dadurch gekennzeichnet, daß der Regelring (8) mit radialen Öffnungen (17) versehen ist, in denen drehbar und schiebbar zylindrische Bauteile (18) gelagert sind, in deren gabelförmig gestaltetes Ende ein Regelstift (19) eingreift, dessen zweites Ende in einer Querbohrung des Hauptzapfens (1O) der Statorschaufel (4) gelagert ist.

7. Kompressor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß einige hintereinanderliegende Tragringe (6) der Statorschaufeln {k) und der ihnen entsprechenden Regelringe (8) eine Sektion (a, b, c) bilden, die selbständig durch eine gemeinsame Regelwelle (15) betätigt wird.

8. Kompressor nach den Ansprüchen 1,6 und 7t dadurch gekennzeichnet, daß die Regelstifte (19) in einer

009837/1359

kreisförmigen Reihe der Statorschaufeln (k) dieselbe Länge (11)» Jedoch in verschiedenen kreisförmigen Reihen der Statorschaufeln einer Sektion verschiedene Längen (1., 1₂, 1-) besitzen.

9. Kompressor nach den Ansprüchen 1,3 und 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnsegmente (13) mit den Ritzeln (i4) einer Sektion verschiedene Übersetzungsverhältnisse für eine jede kreisförmige Reihe der Statorschaufeln (k) besitzen.

10. Kompressor nach den Ansprüchen 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Flügel der Statorschaufeln (k) mit Hilfezapfen (20) versehen sind, die gleichachsig mit den Hauptzapfen (1O) angeordnet und in einer kreisförmigen Bandage (21) gelagert sind, in der radiale Ausnehmungen (22) mit einem Durchmesser durchgeführt sind, der größer als der Durchmesser des Hilfezapfens (20) ist, wobei in den so entstandenen Kreisringraum eine radiale, elastische rohrförmige Einlage (23), zum Beispiel in der Form eines gewellten Netallrohres, eingesetzt ist.

11. Kompressor nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Bandage (21) mit Hilfe von Zapfen in zwei Hälften durch eine Ebene geteilt ist, die durch die Längsachsen der radialen Ausnehmungen (22) hindurchgeht und mit Schrauben (24), gegebenenfalls mit Hilfe eines Schrumpfrings (25) zusammengehalten wird.

009837/1359

Leerseite