DE3012904A1

DE3012904A1 - Mit schaufeln versehener diffusor fuer eine stroemungsmaschine

Info

Publication number: DE3012904A1
Application number: DE19803012904
Authority: DE
Inventors: Ichiro Gyobu; Fumio Koseki; Hideo Nishida
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-04-06
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1980-10-16
Also published as: CH648899A5; IT1128392B; DE3012904C2; IT8067523A0; US4354802A; JPS55144896U

Description

Mit Schaufeln versehener Diffusor für eine Strömungsmaschine

Die Erfindung betrifft einen Diffusor für eine Strömungsmaschine, etwa eine mit Fliehkraft oder gemischter Strömung arbeitende Maschine, insbesondere einen mit Schaufeln versehenen Diffusor, der eine Erhöhung des Wirkungsgrads der Strömungsmaschine ermöglicht.

Bei einem Fliehkraftverdichter, der eine der mit Fliehkraft arbeitenden Strömungsmaschine darstellt, wird Gas durch die Drehung eines Rotors verdichtet und wird durch einen um einen Außenumfangsteil des Rotors angeordneten, mit Schaufeln versehenen Diffusor die kinetische Energie des Gases in Druck umgewandelt. Fig. 1 zeigt einen Fliehkraftverdichter nach dem Stand der Technik, bei dem alle Teile, die denjenigen eines Fliehkraftverdichters mit einem mit Schaufeln versehenen Diffusor nach der Erfindung ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.

Bei dieser Art von Verdichter wird ein Fluid durch Saugwirkung über einen Saugkanal 10 in einen Rotor 1 gezogen. Im Rotor entwickelt sich auf der Fläche des Fluidkanals eine Grenzschicht, wobei der Fluidstrom durch die Corioliskraft und die Krümmung des Fluidkanals derart beeinflußt wird, daß das Fluid mit niedriger Bewegungsenergie,in Umfangsrichtung gesehen,an der Saugseite (hintere Fläche bezüglich der Drehrichtung) jeder Schaufel und,in Breitenrichtung jeder Schaufel gesehen,an der Abdeckseite gesammelt wird. Folglich

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tritt am Auslaß des Rotors eine ungleichmäßige Strömungsverteilung oder eine Strömungsverzerrung auf. Im einzelnen ist der Strömungswinkel (ein durch die Fluidströmung und die Umfangsrichtung gebildeter Winkel) in Nähe der Wandflächen klein, wobei das Fluid eine geringe Bewegungsenergie hat. Die oben angegebene Strömungsverzerrung verschwindet nicht und bleibt noch in einem schaufellosen Diffusor 6 erhalten undbleibt noch in einem schaufellosenDiffusor 6 erhalten,der Diffusors 8 bildet. Wenn die Strömungsverzerrung in großem Maßstab stattfindet, tritt eine Ablösung der Strömung in der Nähe der Wandflächen des schaufellosen Diffusors 6 auf mit einer resultierenden Verlustzunahme. Wenn ferner der Strömungswinkel am Einlaß des mit Schaufeln versehenen Diffusors 8 in Breitenrichtung eine ungleichmäßige Verteilung hat, ist es möglich, den Strömungswinkel in einer speziellen Breitenstellung mit dem Schaufelwinkel zusammenfallen zu lassen, wobei aber ihre Versetzung in anderen Stellungen auftritt, wodurch eine Zunahme des Einfallverlusts auftritt. Der Einfallverlust ist besonders groß in Nähe der Wandflächen des Schaufeleinlasses des mit Schaufeln versehenen· Diffusors. Auch strömt die Hauptströmung im in Breitenrichtung mittleren Teil des mit Schaufeln versehenen Diffusors längs der Schaufeln (vergl. Fig. 3). Jedoch tritt in der Grenzschicht in der Nähe der Oberflächen des durch die Diffusorplatten 4 und 5 gebildeten Strömungskanals eine Sekundärströmung auf (Fig. 4), die von der Saugseite 12 einer Schaufel 7 zur Druckseite 11 der benachbarten Schaufel 7 gerichtet ist. Diese Sekundärströmung verursacht ebenfalls einen Verlust.

Der Verlust im schaufellosen Diffusor 6, der Einfallverlust am Einlaß des mit Schaufeln versehenen Diffusors 8 und der Verlust aufgrund der Sekundärströmung im Diffusor 8 beeinträchtigen die Leistung des Fliehkraftverdichters.

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Zum Verbessern der Leistung eines Diffusors durch Vermeiden der genannten Erscheinung wurden Rippen auf den Oberflächen der Diffusorplatten vorgeschlagen, vergl. z.B. die Japanische Patentveröffentlichung No. 6326/61 und die Japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung No. 28119/71 (Registrier- No. 961071). Jedoch sind diese Vorschläge immer noch unzureichend zum Lösen der genannten Probleme des Standes der Technik.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Diffusors und einer Strömungsmaschine mit hochwirksamer und verbesserter Leistung, die die genannten Nachteile der Strömungsmaschine nach dem Stand der Technik vermeidet.

Gegenstand der Erfindung ist ein mit Schaufeln versehener Diffusor für eine Strömungsmaschine, der sich auszeichnet durch eine Rippenanordnung, wobei auf der zwischen benachbarten Schaufeln gelegenen Fläche von wenigstens einer Diffusorplatte wenigstens eine Rippe angeordnet ist, wobei die Höhe der Rippe nicht größer als die halbe Höhe der Schaufeln ist, und wobei die Anströmkante der Rippe stromauf der Anströmkanten der Schaufeln angeordnet ist.

Durch das Vorsehen der Rippenanordnung mit der genannten Konstruktion wird ein Fluid mit kleinem Strömungswinkel in der Nähe der Wandflächen des schaufellosen Diffusors durch die Rippenanordnung geführt und strömt längs dieser, ohne daß eine Strömungsablösung hervorgerufen wird. Folglich wird der Verlust im schaufellosen Diffusor verlängert. Da ferner der Strömungswinkel zunimmt, wenn das Fluid in der Nähe der Wandflächen längs der Rippenanordnun zur stromab gelegenen Seite strömt, und der Strömungswinkel mit dem Schaufelwinkel am Einlaß des mit Schaufeln versehenen Diffusors zusammenfällt, wird der Einfallverlsut am Einlaß des mit Schaufeln versehenen Diffusors bedeutend verringert.

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Ferner wird bei dem mit Schaufeln versehenen Diffusor die von der Saugseite zur Druckseite der Schaufeln gerichtete Sekundärströmung durch die Rippenanordnung verändert. Auf diese Weise wird auch der durch die Sekundärströmung erzeugte Verlust verringert. Durch Verringern der Verluste in der oben angegebenen Weise kann die Leistung der Strömungsmaschine bedeutend verbessert werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Fliehkraft

strömungsmaschine nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der in

Breitenrichtung erfolgenden Vertei-' lung des Strömungswinkels am Auslaß des Rotors;

Fig. 3 eine Vorderansicht eines mit Schaufeln

versehenen Diffusors nach dem Stand der Technik;

Fig. 4 einen Schnitt IV-IV in Fig. 3 des

mit Schaufeln versehenen Diffusors;

Fig. 5 einen Längsschnitt einer Fliehkraft

strömungsmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine Vorderansicht eines mit Schau

feln versehenen Diffusors der in Fig. 5 gezeigten Fliehkraftströmungsmaschine;

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Fig. 7 einen Schnitt VII-VII in Fig. 6 des

mit Schaufeln versehenen Diffusors.

Fig. 5 bis 7 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Rotor 1, einer Welle 2 und einer Mutter 3 zur Befestigung des Rotors 1 an der Welle 2. Radial außerhalb des Rotors 1 befindet sich ein schaufelloser Diffusor 6 mit einem durch zwei Diffusorplatten 4 und 5 gebildeten Fluidkanal und ein mit Schaufeln versehener Diffusor 8 mit mehreren als kreisförmiges Schaufelgitter zwischen den Diffusorplatten 4 und 5 angeordneten Schaufeln 7. Ein Gehäuse 9 befindet sich außerhalb des mit Schaufeln versehenen Diffusors 8. Ein Fluid wird durch einen Ansaugkanal 10 hindurchgeleitet und in eine Saugöffnung des Rotors 1 eingeführt. Der Rotor weist eine Nabe 13 und eine Abdeckung 14 auf.

Mehrere Rippen 15 befinden sich in einem zwischen den Diffusorplatten 4 und 5 gebildeten Fluidkanal. Im einzelnen ist eine Rippe 15 auf dem Flächenbereich jeder Diffusorplatte angeordnet, der sich im wesentlichen an der Mitte zwischen zwei benachbarten Schaufeln 7 befindet. Gemäß Fig. 7 liegen die Rippen 15 auf der Diffusorplatte 4 und die entsprechenden Rippen 15 auf der Diffusorplatte 5 einander gegenüber. Die Höhe jeder Rippe 15 ist nicht größer als die halbe Höhe jeder Schaufel 7 des mit Schaufeln versehenen Diffusors 8 und hat eine Anströmkante 15a, die stromauf der Anströmkante jeder Schaufel 7 angeordnet ist. Jede Rippe 15 ist derart ausgebildet, daß sie zwischen dem Einlaß und dem Auslaß jeder Schaufel in derselben Weise wie die Schaufeln gekrümmt oder gebogen ist. In einem sich stromauf über die Anströmkante jeder Schaufel 7 hinaus erstreckenden Teil jeder Rippe ist deren Einlaßwinkel kleiner als der Einlaßwinkel jeder Schaufel 7.

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Es ist zweckmäßig, wenn die Rippen 15 nur auf einer Diffusorplatte 4 oder 5 angeordnet sind und ihre Höhe nicht größer als die halbe Höhe der Schaufeln 7 ist. Wenn die Rippen 15 auf beiden Diffusorplatten angeordnet sind, so ist ihre Höhe nicht größer als 1/2 bis etwa 1/4 der Höhe der Schaufeln. In beiden Fällen ist die Höhe der Rippen nicht kleiner als etwa 1/5 der Höhe der Schaufeln. Der in Nähe des Diffusorauslasses gelegene Teil jeder Rippe kann., verglichen mit dem in der Nähe des Diffusoreinlasses gelegenen Teil hiervon, eine verringerte Höhe haben.

Aufgrund der obigen Konstruktion der Rippen 15 wird der Pluidstrom vom Rotor 1 durch diese Rippen zum Auslaß des mit Schaufeln versehenen Diffusors 8 geführt geleitet. Auf diese Weise wird die Ablösung der Strömung bei einem geringen Strömungswinkel in der Nähe der Wandflächen der Diffusorplatten 4 und 5 nicht erzeugt und ändert sich der Strömungswinkel derart, daß er mit dem Einlaßwinkel der Schaufeln 7 zusammenfällt. Dies verringert den Einfallverlust am Einlaß der Schaufeln 7. Auch wird im Fluidkanal zwischen den benachbarten Schaufeln 7 eine längs jeder Diffusorplatte von der Saugseite 12 zur Druckseite 11 der Schaufeln 7 verlaufende Sekundärströmung unterbrochen und aufgrund des Vorhandenseins der Rippen 15 mit dem Ergebnis verringert, daß ein durch die Bildung der Sekundärströmung verursachter Druckabfall verringert wird. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Diffusors verbessert werden.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist nur eine Rippe auf der zwischen zwei benachbarten Schaufeln 7 begrenzten Fläche jeder Diffusorplatte angeordnet. Es ist jedoch ersichtlich, daß mehrere Rippen auf derselben Fläche angeordnet werden können. Auch ist es möglich, die Rippen nur auf einer der Diffusorplatten (z.B. auf der auf der Abdeckseite gelegenen Diffusorplatte 4) oder nur in dem Bereich

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der stromauf gelegenen Teile der Schaufeln 7 anzuordnen. Ferner ist die Erfindung nicht nur bei Fliehkraftströmungsmaschinen, wie beim dargestellten Beispiel, sondern auch bei einer mit gemischter Strömung arbeitenden Strömungsmaschine anwendbar.

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Claims

Patentanwälte

BEETZ-LA: !PRiIC HT-B EETZ 800Q i.-^nch&a 22 - Steinsdorfstr. 10

8l-3o.832P(3o.833H) 2. April I980

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Ansprüche

Mit Schaufeln versehener Diffusor für eine Strömungsmaschine ,

- mit zwei dazwischen einen Fluidkanal bildenden Diffusorplatten und

- mit mehreren im Fluidkanal angeordneten, ein Schaufelgitter bildenden Schaufeln, gekennzeichnet

- durch eine Rippenanordnung,

- wobei auf der zwischen benachbarten Schaufeln (7) gelegenen Fläche von wenigstens einer Diffusorplatte (4;5) wenigstens eine Rippe (15) angeordnet ist,

- wobei die Höhe der Rippe (15) nicht größer als die halbe Höhe der Schaufeln (7) ist und

- wobei die Anströmkante der Rippe (15) stromauf der Anströmkanten der Schaufeln (7) angeordnet ist.

81-(A 4520-02)

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ORIGINAL INSPECTED

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Z. Diffusor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Rippenanordnung enthält:

- erste Rippen (15), von denen jede auf der Fläche einer Diffusorplatte (4;5) angeordnet ist, die im -wesentlichen in der Mitte zwischen zwei benachbarten Schaufeln (7) angeordnet ist, und

- zweite Rippen (15), von denen jede einer ersten Rippe (15) gegenüberliegend auf der anderen Diffusorplatte angeordnet ist.

3. Diffusor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Rippenanordnung mehrere Rippen (15) enthält, die auf der auf der Abdeckseite befindlichen Diffusorplatte (4) angeordnet sind, und

- daß jede Rippe (15) auf der Fläche der einen Diffusorplatte (4) angeordnet ist, die im wesentlichen an der Mitte zwischen zwei benachbarten Schaufeln (7) angeordnet ist.

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