DE2552073A1 - Axialverdichter - Google Patents

Axialverdichter

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DE2552073A1
DE2552073A1 DE19752552073 DE2552073A DE2552073A1 DE 2552073 A1 DE2552073 A1 DE 2552073A1 DE 19752552073 DE19752552073 DE 19752552073 DE 2552073 A DE2552073 A DE 2552073A DE 2552073 A1 DE2552073 A1 DE 2552073A1
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DE
Germany
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blade
flow
axial
impeller
compressor
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Pending
Application number
DE19752552073
Other languages
English (en)
Inventor
Anatoly Nikolaewitsch Borsuk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LE METALLITSCHESKIJ SAWOD IM X
Original Assignee
LE METALLITSCHESKIJ SAWOD IM X
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/028Layout of fluid flow through the stages

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • AXIALVERDICHTER
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Verdichterbaus und genauer auf Axialverdichter, vorzugsweise für Gasturbinenanlagen.
  • Am vorteilhaftesten kann diese Erfindung bei leistungsfähigen Gasturbinenanlagen verwendet werden, für die ein großer Luftverbrauch, z.B. von 500 kg/s bei einer Drehgeschwindigkeit der Verdichterwelle von 3000 U/min und normalen atmosphårischen Bedingungen während des Ansaugens, erforderlich ist.
  • Es ist ein Axialverdichter bekannt /s. Artikel von Friedrich, R. "Stand und Entwicklungstendenzen im Gasturbinenbau", Mitt.VGB, 1972, 52, Nr. 3, S. 196...204/. In Verdichtergehäuse sind in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Mittels ein Eintrittsleitapparat und sechs zehn Stufen vorgesehen. Jede Stufe enthält ein Laufrad und einen unbeweglichen Leitapparat, dessen Schaufeln auf übliche Weise profiliert sind. Die Laufräder und Leitapparate bilden den Strömungsteil, der in Strömungsrichtung konstanten Innendurchmesser und langs des Stroms sich vermindernden Außendurchmesser besitzt.
  • Der beschriebene Verdichter dient zum Zuleiten von 333 kg/s Luft bei elner Laufraddrehgeschwindigkeit von 3000 U/min fur elne Gasturbinenanlage VF-93 mit 56x10³ kW Leistung. Die Verwendung eines Strömungsteils und einer Beschaufelung dieses Typs ermöglicht es nicht, die Wirtschaftlichkeit des Verdichters bei vergrößerter Leistung desselben zu erhöhen.
  • Bs ist beispielsweise der zur Zeit von der Firma Westinghouse entworfene Verdichter für eine Gasturbinenanlage W1101 mit einem tuftverbrauoh von ca. 400 kg/s der größtmögliche Verdichter dieses Typs.
  • Es ist auch der Axialverdichter eines Flugzeug-Strahltriebwerks CF-700-1 der Firma General Electric bekannt. Im Verdichtergehäuse sind in Strömungsrichtung des zu Verdichtenden Mittels ein Eintrittsleitapparat und acht Stufen angeordnet. Jede Stufe hat ein Laufrad und einen unbeweglichen Leitapparat, dessen Schaufeln auf übliche bekannte Welse profiliert sind. Die Laufräder und Leitapparate bilden den Strömungsteil, der einen in Strömungsrichtung monoton anwachsenden Innendurchmesser und elnen konstanten Außendurchmesser hat. Die Verwendung dieser Verdichter in ortsfesten Gasturbinentriebwerken ist jedoch mlt schwerwiegenden konstruktiven Änderungen verbunden, deren Ziel in der Vergrößerung der Betriebszeit des Verdichters und der Verbesserung seiner Wirtschaftlichkeit besteht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elnen Axialverdichter zu schaffen, bei dem die Schaufeln des Leitapparats so ausgeführt sind, daß sie beste Übereinstimmung der geometrischen Schaufelform mit der wirklichen Strömung des Zu verdichtenden Mittels gewährleisten.
  • Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß belm Axlalverdichter, in dessen Gehäuse in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Mittels ein Eintrittsleitapparat und mindestens eine Stufe angeordnet sind, weiche ein Laufrad und einen beschaufelten Leltapparat enthält, die den Strömungsteil bilden, welcher in Strömungsrichtung monoton anwachsenden Innendurchmesser hat, erfindungsgemäß jede Schaufel des Leitapparats mindestens einer StuSe einen Einstellwinkel der Profile jedes der Endquerschnitte, die senkrecht zur Schaufelachse stehen, besitzt, welcher in bezug auf den Vektor der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads kleiner als der Einstellwinkel des Profils eines mittleren Querschnitts ein und derselben Schaufel, der senkrecht zur Schaufelachse steht, in bezug auf den Vektor der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads ist.
  • Eine solche Ausführung der Leitapparatschaufeln gewahrleistet daß die geometrische Schaufelform mit der wirklichen Strömung des zu verdichtenden Mittels übereinstimmt. Dles hat zur Folge, daß der Strom die Laufradschaufeln auf günstigste weise umfließt.
  • Hierbei werden Energieverluste bedeutend vermindert, weiche durch Abreißen des Stroms von der Schaufeloberfläche hervorgerufen werden, und folglich wird der Wirkungsgrad jeder Stufe sowle des gesamten Verdichters verbessert.
  • Andernfalls, d.h. wenn die Schaufelform mit dem Charakter der Geschwindigkeitsverteilungen nicht übereinstimmt, reißt der Strom an den Schaufelenden ab, wobei dle Energieverluste des Stroms wachsen und hierdurch der Wirkungsgrad bedeit end vermindert wird.
  • Der erfindungsgemäß ausgeführte Axialverdichter hat einen Wirkungsgrad, der um 1,5...2% über dem der bekannten Axialverdichter liegt, welche z.B. für die Luftversorgung von leistungsfähigen Gasturbinenanlagen bestimmt sind. Daher können Leistung und Wirtschaftlichkeit der letzteren erhöht und dle Außenmaße von le ist ungsfah'igen Gasturbinenanlagen vermindert werden.
  • Andere Ziele und Vorbelle der Erfindung werden durch das nachstehende Ausführungsbeispiel und die beiliegenden Zeichnungen verständlicher; es zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Axialverdichter, Fig. 2 die erfindungsgemäße Leitapparatschaufel, Seitenansieht; Fig. 3...5 dle Einstellwinkel der Profile der Querschnitte der erfindungsgemäßen Schaufel und Fig. 6 ein Schaubild der Änderung der Einstellwinkel α der Querschnittprofile der erfindungsgemäßen Leitapparatschaufeln, wobei die Querschnitte senkrecht zur Schaufelachse stehen.
  • Innerhalb des Gehäuses 1 /Fig. 1/ eines erfindungsgemäß ausgeführten Axialverdichters sind in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Mittels, z.B, Luft, ein Eintrittsleitapparat 2 und zwölf Stufen 3 angeordnet, die eine neunfache Luftverdichtung sicherstellen. Jede Stufe 3 hat ein Laufrad 4 und einen Leitapparat 5 mit Schaufeln 6. Gehäuse 1, Leitapparat 2 und zwölf Verdlchtungsstufen 3 bilden einen Strömungsteil 7, welcher in Richtung der Luftströmung einen monoton anwachsenden Innendurchmesser und konstanten Außendurchmesser besitzt.
  • Auf Fig. 2 ist eine Schaufel 6 des Leitapparats 5, z.B.
  • der zweiten Stufe, mit Endquerschnitten b-b und d-d sowie einem mittleren Querschnitt c-c abgebildet. Profil 8 /Fig. 3/ des Endquerschnitts b-b, der senkrecht zur Achse a-a /Fig. 2/ der Schaufel 6 steht, hat in bezug auf den Vektor U /Fig. 3/ der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads 4 /Fig. 1/ einen Einstellwinkel von 540 /Fig. 3/. Profil 9 /Fig. 4/ des mittleren Querschnitts c-c, der senkrecht zur Achse a-a /Fig. 2/ der Schaufel 6 steht, hat in bezug auf den Vektor u /Fig. 4/ der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads 4 /Fig. 1/ einen Einstellwinkel von 57° 30' /Fig. 4/. Profil 10 /Fig. 5/ des Endquerschnitts d-d, der senkrecht zur Achse a-a /Fig. 2/ der Schaufel 6 steht, hat in bezug auf den Vektor U /Fig. 5/ der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads 4 /Fig. 1/ einen Einstellwinkel von 480 /Fig. 5/. Eine solche Ausführung der Schaufeln 6 des Leitapparats 5 gewährleistet, daß die geometrische Form der Schaufeln 6 mit der wirklichen Strömung des zu verdichtenden Mittels übereinstimmt, d.h. daß der Strom die Schaufeln auf die günstige Weise umfließt. Hierdurch werden die Energieverluste bedeutend vermindert, welche durch das Abreißen des Stroms von der Oberfläche der Schaufeln 6 hervorgerufen werden, und wird der Wirkungsgrad der zweiten Stufe erhöht. Der Verlauf der Einstellwinkel α /Fig. 3, 4, 5/ der Profile der Querschnitte b-b, c-c, d-d wird in Fig. 6 gezeigt. Analogen Charakter hat die Änderung der Einstellwinkel α der Profile der Querschnitte der Leitapparateschaufeln 6 /Fig. 1/ der restlichen Stufen. Hierdurch wird der Wirkungsgrad jeder Stufe und des gesamten Verdichters erhöht.
  • Der Axialverdichter arbeitet folgendermaßen: Belm Rotieren der Laufräder 4 /Fig.1/ strömt Luft durch den Eintrittsleitapparat 2 und die Kanäle, welche durch dle Schaufeln 11 der Laufräder 4 und die Schaufeln 6 der Leitapparate 5 gebildet sind. Im Eintrittsleitapparat 2 wird die Geschwindigkeit des Luft-Richtung zum stroms vergrößert und dieser erhält seine / Eintritt in das Laufrad 4 der ersten Stufe 3. Belm Strömen der Luft längs den durch die Schaufeln 11 des laufrads 4 gebildeten Kanälen wächst die Strömungsenergie. Der Leltapparat 5 dient als Dlffusor, in dem auch die Richtung des Stroms geändert wlrd, der Richtung seine / für den Eintritt in das Laufrad 4 der folgenden Stufe 3 erhält. Auf diese Weise wird die Luft im Rad durch Umwandeln der mechanischen Rotationsenergie des Rads 4 in kinetische Energie verdichtet, die wiederum in Verdichtungsenergie umgeformt wird. Weiterhin wird der Druck im Leitapparat 5 erhöht. Ein analoger Prozeß verläuft in jeder folgenden Stufe 3.
  • Bekanntlich hängt die Große des Wirkungsgrads einer Stufe von den Verlusten durch Reibung und Wirbelbildung belm Umfließen der Schaufeloberflächen und von den Verlusten, die mit dem raumlichen Charakter der Strömung verbunden sind, ab.
  • Die geometrische Form der Schaufeln 6 /Fig. 1/ des Leitapparats hängt vom wirklichen Charakter des Strömungsflusses ab und fuhrt zur Verminderung der Wirbelbildung und der Verluste sowie folglich zur Erhöhung des Wirkungsgrads.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Axialverdichter, in dessen Gehäuse in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Mittels ein Eintrittsleitapparat und mlndestens eine Stufe angeordnet slnd, weiche ein Laufrad und einen beschaufelten Leitapparat enthält, die den Strömungsteil bilden, welcher in Strömungsrichtung monoton anwachsenden Innendurchmesser hat, d a d u r c h g e k e n n z e l c h n e t ,daß jede Schaufel /6/ des Leitapparats /5/ mindestens einer Stufe /3/ einen Einstellwinkel /α/ des Profils /8 oder 10/ jedes der Endquesschnitte /b-b/ oder /d-d/, die senkrecht zur Achse /a-a/ der Schaufel /6/ stehen, besitzt, welcher in bezug auX den Vektor /U/ der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads kleiner als der Einstellwinkel /α/ des Profils /9/ eines mittleren Querschnitts /c-c/ ein und derselben Schaufel -/6/, der senkrecht zur Achse /a-a/ der Schaufel /6/ steht, in bezug auf den Vektor /U/ der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads /4/ ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2096260A2 (de) * 2008-02-28 2009-09-02 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Strömungsarbeitsmaschine mit Rotorenanordnungen mit niedrigen Rotoraustrittswinkeln

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2096260A2 (de) * 2008-02-28 2009-09-02 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Strömungsarbeitsmaschine mit Rotorenanordnungen mit niedrigen Rotoraustrittswinkeln
EP2096260A3 (de) * 2008-02-28 2012-04-04 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Strömungsarbeitsmaschine mit Rotorenanordnungen mit niedrigen Rotoraustrittswinkeln
US8235658B2 (en) 2008-02-28 2012-08-07 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Fluid flow machine including rotors with small rotor exit angles

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