DE2021260A1 - Flow machine with predominantly tangential flow course in the transition area of the impeller to its outer diameter and in the adjoining area of the associated guide elements - Google Patents

Flow machine with predominantly tangential flow course in the transition area of the impeller to its outer diameter and in the adjoining area of the associated guide elements

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DE2021260A1
DE2021260A1 DE19702021260 DE2021260A DE2021260A1 DE 2021260 A1 DE2021260 A1 DE 2021260A1 DE 19702021260 DE19702021260 DE 19702021260 DE 2021260 A DE2021260 A DE 2021260A DE 2021260 A1 DE2021260 A1 DE 2021260A1
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Description

Zusatzpatentanmeldung zu PA 1933079.2 "Strömungsmaschine mit überwiegend tangentialem Strbmungsver lauf' im Übergangsbereich des Laufrades an dessen Außenslurchmesser und in dem anschließenden Bereich der zugehörigen LeiteRcmenl,e." Die Hauptanmeldung enthält zwei Merkmale, di.e in Beschreibung und Ansprüchen nicht. ausdrücklich hervorgehoben wurden, weil sie bereits aus der Zeichnung eindeutig hervorgehen. Ihre Erwäbnung erscheint jedoch zur Abgrenzung gegen andere bekannte Konstruktionen zweckmäßig. Diese Merkmale sind: 1, Das Arbeitsmittel durchströmt die Außenöffnungen des Laufrades überwiegend tangential und stets in Drehrichtung. Die Tangentialkomponente der Relativgeschwindigkeit ist daher in diesem Bereich gleich der vektoriel.len Differenz zwischen der Tangentialkomponente der Absolut- und der Umfangsgeschwindigkeit. Additional patent application for PA 1933079.2 "Turbo machine with predominantly tangential Strbmungsver run 'in the transition area of the impeller at its outer diameter and in the subsequent area of the associated LeiteRcmenl, e. "The main application contains two features that are not included in the description and claims. explicitly highlighted because they can already be clearly seen in the drawing. Your acquisition however, it appears to be useful to distinguish it from other known constructions. These features are: 1, The working fluid flows through the outer openings of the impeller predominantly tangential and always in the direction of rotation. The tangential component of the relative speed is therefore equal to the vectorial difference between the tangential component in this area the absolute and peripheral speed.

2. Die innere, doppelt gekrümmte Begrenzungsfläche der Laufkanäle endet außen in eine abgerundete Überfallkante, die - nur unterbrochen durch die wandstärke der Laufkanaltrennwände - über den gesamten Umfang eine direkte Verbindung zwischen den Übergangsöfnungen am Außendurchmesser und dem überwiegend radial durchströmten Bereich des Laufrades herstellt. 2. The inner, double-curved boundary surface of the runner channels ends on the outside in a rounded overflow edge, which - only interrupted by the wall thickness of the runway partition walls - a direct connection over the entire circumference between the transition openings on the outer diameter and the predominantly radial flow Area of the impeller manufactures.

Es sind itadialmaschinen mit tangential/axialem Strömungsverlauf am Außenumfang des Laufrades bekannt geworden, bei denen jedoch das Arbeitsmittel in der beschriebenen Richtung in geschlossenen I,aufkanälen ein Stiick in das Laufrad hineingeführt wird (Die Beschreibung gilt fiir eine zentripetal durchströmte Kraftmaschine), bevor eine UmLenkung in die radiale Richtung erfolgt. They are itadial machines with a tangential / axial flow course on the outer circumference of the impeller become known, but in which the work equipment in the direction described in closed I, channel a piece into the impeller is introduced (the description applies to a centripetal flow-through engine), before a deflection takes place in the radial direction.

Spezifische Leis-tung und Wirkungsgrad solcher Maschinen sind ,jedoch klein. Die Führung des Arbeitsmitteis in geschlossenen Kanälen inUmfangsri'chtung im Außenbereich des Laufrades ergibt hohe Strömungsverluste, die etwa quadratisch ansteigen, wenn die Absolutgeschwindigkeit und damit die durch den Querschnitt der Kanäle bestimmte Relativgeschwindigkeit erhöht wird. Eine gLeichzeitige Steigerung der Drehzahl ist jedoch nicht möglich, da die Umfangsgeschwindigkeit als vektorielle Differenz der Tangentialkomponenten von Absolut- und Relativgeschw-indigkeit nicht ebenfalls erhöht werden kann. Specific power and efficiency of such machines are, however small. The management of the work center in closed Channels in circumferential direction in the outer area of the impeller results in high flow losses, which are roughly square increase when the absolute speed and thus the through the cross-section of the Channels certain relative speed is increased. A simultaneous increase the speed is not possible, however, since the peripheral speed as vectorial There is no difference between the tangential components of the absolute and relative speed can also be increased.

Bei der in der Hauptanmeldung beschriebenen Maschine fehlen jedoch tangentiale Leitflächen am Außendurchmesser des Laufrad des überhaupt, wenn von der in Anspruch 2) der Hauptanmeldung erwähnten Schaufel zur Unterstützung der axialen Umlenkung abgesehen wird. Da das eintretende ArbeitsmitteL über die in den Abbildungen mit "k§' bezeichnete Kante sofort aus der axialen in die radiale Richtung umgelenkt wird, kann sich eine ausgeprägte Tangentialkomponente der Relativgeschwindigkeit als geschlossene Strömung nur in Ausnahmefällen - z.B. bei Last-und Drehzahländerungen - aufbauen. Aus diesem Grund kann auch auf die in der Hauptanmeldung beschriebene kuppelförmige tberwölbung eines Abschnittes jeder Laufradoffnung ganz oder teilweise verzichtet werden, denn die Wölbung der Trennwände in die tangentiale Richtung hat den Zweck, eine etwa noch vorhandene Tangentialkomponente der Relativgeschwindigkeit rasch abzubauen und in die radiale Richtung umzulenken.In the machine described in the main application, however, are missing tangential guide surfaces on the outer diameter of the impeller of the at all, if of the blade mentioned in claim 2) of the main application to support the axial Diversion is disregarded. Since the incoming work equipment is via the in the figures with "k§ 'denoted edge immediately deflected from the axial to the radial direction there can be a pronounced tangential component of the relative speed as a closed flow only in exceptional cases - e.g. with load and speed changes - build up. For this reason, you can also refer to the one described in the main application dome-shaped arching of a section of each impeller opening in whole or in part can be omitted, because the curvature of the partitions has in the tangential direction the purpose of any remaining tangential component of the relative speed quickly dismantle and redirect in the radial direction.

In den Abbildungen bezeichnet jeweils a) eine perspektivische Darstellung des Laufrades, b) einen Schnitt senkrecht zur Achse mit abgenommener axialer Überdeckung, c) einen Schnitt durch die Achee undd) eine Draufsicht auf das Laufrad. In der Hauptanmeldung ist die Möglichkeit nicht ausgeschlossen worden, daß die äußeren Laufradöffnungen auch mit einer zusätzlichen Radialkomponente durchströmt werden und z.B. auf einer Kegeifläche um die Drehachse liegen. Wie Abb. 2 zeigt, knn in diesem Fall die äußere tangentiale, der Überfallkante "k" gegenüberliegende Begrenzungsfläche der Laufkanäle auch mit einfacher -r:mmung ausgeführt werden.In each of the figures, a) denotes a perspective view of the impeller, b) a section perpendicular to the axis with the axial overlap removed, c) a section through the Achee and d) a top view of the impeller. In the main registration the possibility has not been ruled out that the outer impeller openings can also be flowed through with an additional radial component and e.g. on a Conical surface lie around the axis of rotation. As Fig. 2 shows, in this case the outer tangential boundary surface of the runner channels opposite the overflow edge "k" can also be designed with a single-curvature.

In Abb. 1 wurde die Wölbung ra der radialen Trennwand am Außenumfang beibehalten, obwohl eine radiale Überwölbung des gesamten Laufkanals nicht mehr möglich ist und zusätzliche Fliehkraft beanspruchungen auftreten. Wird auch die innere, hier mit ri bezeichnete Krilmmung beibehalten (in der Mittelachse von Abb. ib dargestellt), dann erhält die Begrenzungsfläche der Laufkanäle in diesem Schnitt eine Form, die einer Verzerrung einer vorwärts gekriimmten Gebläseschaufel bzw. eines Peltonrades ähnelt. In die Zeichnung sind ferner auch die beiden Varianten I und II der Hauptanmeldung mit iind ohne zusätzJicher Schaufel "a" eingezeichnet. Variante II ergibt auch in Abb. id eine ähnliche verbzerrte peltonradähnliche Umlenkung in der Darstellung in der Mittelachse.In Fig. 1, the curvature ra of the radial partition on the outer circumference retained, although there is no longer any radial arching of the entire channel is possible and additional centrifugal forces occur. Will that too inner curvature, here marked ri, retained (in the central axis of Fig. ib), then receives the boundary surface of the runner channels in this section a shape that resembles a distortion of a forward curved fan blade or resembles a Pelton wheel. The two variants are also shown in the drawing I and II of the main application are shown with iind without an additional shovel "a". Variant II results in a similar distorted pelton wheel-like deflection in Fig. Id in the representation in the central axis.

In Abb. ib ist punktiert der Verlauf der Absolutgeschwindigkeit der Strömung im Laufrad dargestellt. Der Austritt aus den achsnahen Öffnungen kann. - wie in Abb. id dargestellt- axial erfolgen, es kann aber auch die Tangentialkomponente in Drehrichtung beibehalten (mit "t" in Abb. 1b bezeichnet) oder die Strömung entgegen der Drehrichtung umgekehrt werden. Um eine anschliessende Leitradscheibe in axialer Richtung möglichst schmal ausführen zu können, ist ein rein axialer Austritt nicht erwünscht Fr den gesamten Strömungsverlauf in einer aus Lauf- und Leitrad bestehenden Stufe, der in einstufigen Maschinen auch nr zum Teil vorhanden sein muß, ergeben sich zwei grundsätzliche Varianten. In Abb. 2b ist der Strömungsverlaur im Laufrad wieder punktiert, im Leitrad strich-doppelpunktiert dargestellt. In Variante "t" verbindet im Schnitt Abb. 2b ein schwach gekrümmten Strömungsweg Tangenten an die mittleren Außendurchmesser der inneren und äußeren Laufradöffnungen. er Strömungsweg ist lang, der Krümmungsradius groß. In Variante "s" erfolgt in Lauf- und Leitrad je eine Umkehrung der Strömungsrichtung, der Kriimmungsradius nimmt nach innen ab und ist in der Umkehrschleife am kleinsten, die gesamte Umlenkung Je Stufe ist größer als 360 Grad. Der Strömungsweg ist kleiner, die Krümmung, aber auch die spezifische Radleistung größer, der Strömungsweg entspricht einer verzerrten Spirale.In Fig. Ib the course of the absolute speed is dotted Flow in the impeller shown. The exit from the openings near the axis can. - as shown in Fig. id - take place axially, but the tangential component can also be used Maintain the direction of rotation (marked with "t" in Fig. 1b) or counter the flow the direction of rotation can be reversed. To a subsequent stator disc in an axial To be able to make the direction as narrow as possible is not a purely axial exit Desired for the entire course of the flow in one consisting of impeller and diffuser Stage, which in single-stage machines must also be partially present two basic variants. In Fig. 2b is the flow laurel in the impeller again dotted, shown in dash-double-dotted lines in the guide wheel. In variant "t" connects in section Fig. 2b a slightly curved flow path tangents to the mean outer diameter of the inner and outer impeller openings. he flow path is long, the radius of curvature large. In variant "s" there is an impeller and guide wheel one reversal of the direction of flow, the radius of curvature decreases towards the inside and is smallest in the return loop, the total deflection per step is greater than 360 degrees. The flow path is smaller, the curvature, but also the specific one Wheel power greater, the flow path corresponds to a distorted spiral.

Abb. 2 zeigt eine Abänderung der Abb. 1. Die radialen Begrenzungswände sind etwas stärker gekriimmt, um eine Tangentialkomponente entgegen der Drehrichtung (Variante "s") am achsnahen Übergangsbereich zu erzielen, sie sind aber außerdem schräg zur Drehachse angeordnet, um den Kriimmungsradius in axialer Richtung verkleinern zu können. Selbstverstäntllich kann die Wölbung am Außenumfang ra auch entfallen bzw. eine Schrägstellung der radialen Trennwände auch bei einer Bauart entsprechend der Ilauptanmeldung durchgeführt werden. Es ist auch möglich, ie Schrägstellung auf den Außenbereich des Laufrades zu beschränken, d.h. die Trennwände - ähnlich den Endschaufein großer Axialmaschinen - räumlich verwunden auszuführen. Wird ein Strömungsverlauf nach Variante t" gewählt, d.h. die Richtung der Tangentialkomponente beibehalten, dann müssen die Trennwände in Strömungsrichtung schräggestellt bzw. gekrümmt werden. Ein entsprechendes Geschwindigkeitsdreieck am Austritt ist in Abb.2 rechts unten dargestellt.Fig. 2 shows a modification of Fig. 1. The radial boundary walls are slightly more curved, around a tangential component against the direction of rotation (Variant "s") can be achieved at the transition area close to the axis, but they are also possible arranged obliquely to the axis of rotation to reduce the radius of curvature in the axial direction to be able to. Of course, the bulge on the outer circumference ra can also be omitted or an inclination of the radial partitions, even in the case of one type of construction of the initial registration. It is also possible, ie, inclined position to be limited to the outside of the impeller, i.e. the partitions - similar the end view in large axial machines - to be spatially twisted. Becomes a Flow course selected according to variant t ", i.e. the direction of the tangential component maintained, then the partitions must be inclined in the direction of flow or be curved. A corresponding speed triangle at the outlet is shown in Figure 2 shown below right.

Angezogene Patentschriften: Oe PS 255 840 US PS 2 889 107 US PS 2 944 730.Cited patents: Oe PS 255 840 US PS 2,889,107 US PS 2 944 730.

Claims (3)

patenansprüche:patent claims: 1. Strömungsmaschine mit Laufrad in der konstruktiven Gestaltung der Hauptanmeldung, als deren besonderes Merkmal hervorgehoben wird, daß die tangentiale, doppelt gekrümmte, innere Begrenzungs fläche der Laufkanäle am Außenumfang in eine abgerundete Überfallkante endet, die über den ganzen, nur durch die Wandstärke der Laufkanal-Trennwände unterbrochenen Umfang eine direkte Verbindung zwischen den überwiegend tangential mit Axialkomponente gleichsinnig mit der Drehrichtung durchströmten Öffnungen am Außen-Umfang des Laufrades und dessen überwiegend radial durchströmten Bereich herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß auf die kuppelförmige Überwölbung eines Abschnittes jeder Laufkanalöffnung verzichtet und/oder die äußere tangentiale Begrenzungsfläche der Laufkanäle einfach gekrümmt ausgeführt wird, insbesondere dann, wenn die Außenöffnung des Laufrades mit einer zusätzlichen Radialkomponente durchströmt werden.1. Turbomachine with impeller in the structural design of the Main application, the special feature of which is emphasized that the tangential, double-curved, inner boundary surface of the running channels on the outer circumference into one rounded edge that ends over the whole, only through the wall thickness of the Runway partitions interrupted scope provide a direct connection between the predominantly tangential with axial components in the same direction as the direction of rotation Openings on the outer circumference of the impeller and its predominantly radial flow Manufactures area, characterized in that on the dome-shaped vault of a section of each channel opening is omitted and / or the outer tangential The boundary surface of the runner channels is designed to be simply curved, in particular when the outer opening of the impeller with an additional radial component are flowed through. 2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände der Laufkanäle so gekrümmt sind, daß auch die achsnahen Laufradöffnungen mit einer gAusgeprägten Tangentialkomponente mit oder entgegen der Drehrichtung durchströmt werden und der gesamte Strömungsweg einer aus Lauf- und Leitrad bestehenden Stufe im Schnitt senkrecht zur Achse ganz oder teilweise entweder als flach gekrümmte Verbindung zwischen Tangenten an den mittleren Außen- und Innendurchmesser der Laufradöffnungen oder als Umkehrschleife bzw. verzerrte Spirale mit einer Umlenkung von über 300 Grad erscheint.2. Turbo machine according to claim 1, characterized in that the partition walls of the runner channels are curved so that the impeller openings close to the axis are also curved with a pronounced tangential component with or against the direction of rotation are traversed and the entire flow path consists of an impeller and stator Stage in the section perpendicular to the axis wholly or partially either as a flat curve Connection between tangents on the mean outer and inner diameter of the impeller openings or as a reverse loop or a distorted spiral with a deflection of over 300 Degree appears. 3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Trennwände ganz oder teilweise zur Achse schräg gestellt werden, um die Umlenkung der Strömung zwischen.den Tangentialkomponenten am Ein- und Austritt mit möglichst kleinem Krümmungsradius durchfiihren zu können.3. Turbomachine according to claim 1 and 2, characterized in that that the radial partitions are completely or partially inclined to the axis, to divert the flow between the tangential components at the inlet and outlet to be able to perform with the smallest possible radius of curvature.
DE19702021260 1969-06-30 1970-04-30 Flow machine with predominantly tangential flow course in the transition area of the impeller to its outer diameter and in the adjoining area of the associated guide elements Pending DE2021260A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4167369A (en) * 1977-04-04 1979-09-11 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Impeller blading of a centrifugal compressor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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