DE3023705A1 - Leitschaufelverstellvorrichtung an radialturbokompressoren - Google Patents

Leitschaufelverstellvorrichtung an radialturbokompressoren

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DE3023705A1
DE3023705A1 DE19803023705 DE3023705A DE3023705A1 DE 3023705 A1 DE3023705 A1 DE 3023705A1 DE 19803023705 DE19803023705 DE 19803023705 DE 3023705 A DE3023705 A DE 3023705A DE 3023705 A1 DE3023705 A1 DE 3023705A1
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Klaus Dr. 6660 Zweibrücken Saalfeld
Albin 6632 Saarwellingen Viertler
Widu Dr. 2807 Achim Wittekindt
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/46—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/462—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for elastic fluid pumps
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
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    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
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Description

Leitschaufelverstellvorrichtung an Radialturbokompressoren
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen von kranzförmig angeordneten schwenkbaren Diffusorleitschaufeln eines Radialturbokompressors, woboi die Leitschaufeln je einen kranzachsparallelen Schaufelzcipfon euifwolocn und um diesen Zapfen drehbar im Gehäuse gelagert sind und an dem Schaufelzapfen % Lenkerhebel angeordnet sind, die mit einem am Gehäuse drehbar gelagerten Stellring schwenkbar verbunden sind.
Unabhängig von üer Bauart wird bei Turbokompressoren der Betriebsbereich in bezug auf das zu fördernde Volumen, durch zwei Grenzen festgelegt. Bei größer werdendem Volumenstrom stellt sich irgendwann die sog. Schluckgrenze ein und bei abfallendem Volumenstrom erreicht der Turbokompressor die sog. Instabilitätsgrenze, bei der der Kompressor zu pumpen anfängt und ein geregelter Betrieb nicht mehr möglich ist. Dies wird noch erschwert, wenn es sich um Turbokompressoren handelt, denen ein hohes Druckverhältnis abverlangt wird. In dem Bestreben,
den jeweiligen Betriebsbereich d&r einzelnen Kompressoren so weit wie möglich auszudehnen, sind zur Verlagerung der Instabilitätsgrenze die unterschiedlichsten Lösungen entwickelt worden.
Dies reicht von der Drehzahlregelung über die unwirtschaftliche Abblaseregelung bis hin zu den aerodynamischen Maßnahmen in Form von verstellbaren, vor dem Laufrad angeordneten Eintrittsleitapparaten. Letztere weisen zwar den Vorteil eines weiten Regelbereiches bei sehr guten Wirkungsgraden auf, sie bedingen jedoch, insbesondere bei mehrstufigen Verdichtern, einen wesentlich erhöhten konstruktiven und apparcitlven Aufwand. Z.B. ist es bei den in der Luftfahrt Anwendung findenden Axialverdichtern relativ leicht, die Leitschaufeln mehrerer Stufen zu verstellen. Dies ist auch noch bei einstufigen Radialverdichtern möglich. Es erfordert jedoch bei mehrstufigen Radialverdichtern einen nicht mehr vertretbaren Aufwand, weshalb hier vor dem Verdichter Drosselorgane zur Dichteabsenkung erfolgreich eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem ein hohes Druckverhältnis aufweisenden Radialturbokompressor eine Regelung zu finden, cjle bei „kg.ngtap.tem Druck und möglichst konstantem Wirkungsgrad das" Durchfahren eines großen Bereiches unterschiedlicher Volumenströme gestattet.
Die Lösung dieser Aufgabe sieht vor, daß bei einem mehrstufigen Radialturbokompressor die Laufräder zweier einander benachbarter Stufen jeweils mit den Laufradrückseiten zueinander angeordnet sind (back-to-back-Prinzip), daß jede Stufe verstellbare Diffusorleitschaufeln aufweist, wobei die Schaufelzapfen im ersten Drittel der angeströmten Diffusorleitschaufel angebracht sind, daß die Stellringe der mit den Laufradrückseiten zueinander angeordneten Stufen mit einem Betätigungsring einstellbar verbunden sind und daß alle Diffusorleitschaufeln synchron verstellbar sind und von einem Servoantrieb gesteuert werden.
Dieser verstellbare Mehrfachleitapparat ermöglicht in einfacher Weise die jeweils optimale Anpassung des Betriebsbereiches des Radialturbokompressors an geforderte Werte, und zwar durch die freie Einstellbarkeit der einzelnen Nachleitapparate zueinander, wobei die unterschiedlichen aerodynamischen Verstellgesetze der einzelnen Nachleitapparate durch unterschiedliche Anlenkradien berücksichtigt werden. Eine Demontage der Maschine ist dazu nicht erforderlich. Desweiteren können somit die einzelnen Radialverdichters^ufen einander genau angepaßt werden. Praktische Versuche mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung zeigten überraschenderweise .e,jne ungefähr ν40%ige Vergrößerung des
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stabilen Arbeitsbereiches an der Instabilitätsgrenze. Als Vergleichsgrundlage diente ein entsprechender Radialturbokompressor mit verstellbarem Eintrittsleitapparat.
Zur Verbesserung der Anpaßbarkeit eines derartigen Radialturboverdichters sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die einzelnen Betätigungsringe von jeweils zwei Rücken an Rücken stehenden Stufen zueinander einstellbar und miteinander drehfest verbunden sind. Somit ist eine individuell einstellbare und zuverlässig funktionierende Regeleinrichtung möglich geworden.
Zur Erlangung eines nahezu konstanten Wirkungsgrades über einen sehr weiten Kennfeldbereich sieht eine andere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß bei den verwendeten Laufrädern der Laufradaustrittswinkel im Bereich von 90 Hegt.
Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispfel dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Bei dem hier gewählten zweistufigen Radialkompressor sind auf einer gemeinsamen Welle die beiden Radiallaufräder 2, 3 mit den Laufradrückseiten zueinander angeordnet. Den Laufrädern 2, 3 sind Diffusorleitschaufeln 4, 5 nachgeschaltet, wobei .in deren ersten angeströmten Drittel je ein
Schaufelzapfen 6, 7 angebracht ist, um den die Diffusorleitschaufeln schwenkbar sind und mit dem sie im Gehäuse 8 gelagert sind. An den Schaufelzapfen 6, 7 wiederum sind einstellbare Lenkerhebel 9 angebracht, die beweglich mit drehbar am Gehäuse 8 befestigten Stellringen 10, 11 verbunden sind. Z.B. ist hier der Stellring 10 mit einem die synchrone Verstellung sichernden Betätigungsring 12 fest verbunden, während der Stellring 11 einstellbar mit dem Betätigungsring 12 verbunden ist. Mittels dieser Maßnahmen kann der Radialturbokompressor für die jeweiligen Betriebsbedingungen genau eingestellt werden. Ein zentraler Servoantrieb 13 ermöglicht in einfacher Weise eine synchrone Verstellung bei gleichzeitiger individueller Einstellbärkeit aller Leitapparate. Es bereitet keinerlei Probleme, die unterschiedlichen Verstellgesetze der einzelnen Leitapparate durch entsprechende Dimensionierung der Lenkerhebel bzw. der Stellringe zu berücksichtigen.
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Claims (3)

  1. Klein, Schanzlin & Becker Aktiengesellschaft
    Patentansprüche
    M .) Vorrichtung zum Verstellen von kranzförmig angeordneten schwenkbaren Diffusorleitschaufeln eines Radialturbokompressors, wobei die Diffursorleitschaufeln je einen kranzachsparallelen Schaufelzapfen aufweisen und um diesen Zapfen drehbar im Gehäuse gelagert sind und an dem Schaufelzapfen Lenkerhebel angeordnet sind, die mit einem am Gehäuse drehbar gelagerten Stellring schwenkbar verbunden üind, dadurch gekennzeichnet,
    a) daß bei einem mehrstufigen Radialturbokompressor die Lauf räder (2,3) zweier einander benachbarter Stufen jeweils mit den Laufradrückseiten zueinander angeordnet sind,
    ORIGINAL INSPECTED
    b) daß jede Stufe verstellbare Diffusorleitschaufeln (4, 5) aufweist, wobei die Schaufelzapfen (6, 7) im ersten Drittel der angeströmten Diffusorleitschaufel (A-, 5) angebracht sind,
    c) daß die Stellringe (10, 11) der mit den Laufradrückseiten zueinander angeordneten Stufen mit einem Betätigungs— ring (12) einstellbar verbunden sind und
    ' d) daß alle DifPusorleitschaufeln (4, 5) synchron verstellbar sind und von einem Servoantrieb (13) gesteuert werden.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Betätigungsringe (12) von jeweils zwei Rücken an Rücken .stehenden Stufen zueinander einstellbar und miteinander drehfest verbunden sind.
  3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß bei den verwendeten Lauf rädern (2, 3) der Laufradaustritts-
    winkel im Bereich von 90 liegt,
    /
    ORIGINAL INSPECTED
DE19803023705 1980-06-25 1980-06-25 Leitschaufelverstellvorrichtung an radialturbokompressoren Withdrawn DE3023705A1 (de)

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