DE3031848A1

DE3031848A1 - Kreiselmaschine, insbesondere radialverdichter

Info

Publication number: DE3031848A1
Application number: DE19803031848
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. Dr. 8472 Seuzach Bolleter
Original assignee: Sulzer AG; Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1980-08-20
Filing date: 1980-08-23
Publication date: 1982-03-04
Also published as: NO152381C; NO812804L; CH646757A5; DK344681A; EP0046173A1; DK151495B; ES268526U; DE3163065D1; DK151495C; NO152381B; ES268526Y; EP0046173B1

Description

P.553l/Sd/mm

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz Kreiselmaschine, insbesondere Radialverdichter

Die Erfindung betrifft eine Kreiselmaschine, insbesondere Radialverdichter.

Bekanntlich treten bei derartigen Maschinen beim Erreichen gewisser Betriebszustände während des Teillastbetriebes Druckpulsationen im strömenden Arbeitsmittel auf.

Im Kennfeld einer Kreiselmaschine trennt die Stabilitätsgrenze das pulsationsfreie vom pulsatxonsbelasteten Arbeitsgebiet.

Die Erfindung hat ein Verschieben der Stabilitätsgrenze zu kleineren Durchflusswerten, d. h. kleineren Ansaugvolumen zum Ziel, um ein möglichst grosses Gebiet für pulsationsfreien Betrieb zu schaffen.

Aus der DE-PS 1 503 658 ist beispielweise ein Radialverdichter bekannt, dessen Leistungsregelung mittels im axialen Ansaugstutzen angeordneten, in eine Drossel- oder Schliessstellung verstellbaren Leitschaufeln vorgenommen

wird. Die bei verminderter Förderleistung auftretenden Druckpulsationen sollen dadurch unterdrückt werden, dass der das Laufrad umschliessende Diffusor eine in axialer Richtung verschiebbare Wand aufweist. Bei einem derartigen querschnittsveränderlichen Diffusor wird dessen Stellwand über ein Stellglied gekuppelt, wobei die Querschnittsverminderung des Diffusors erst beginnt, wenn die Leitschaufeln schon teilweise geschlossen sind. Das zum Verstellen der Leitschaufeln dienende Stellglied soll hierbei vorzugsweise aus einem im Verdichtergehäuse axial verschiebbaren, hydraulisch betätigten Ringkolben bestehen, der gegen Ende seiner zum Schliessen der Leitschaufeln dienenden Bewegung gegen die Stellwand des Diffusors stösst und sie in die den Diffusorquerschnxtt verengende Stellung drängt.

Zur Beseitigung der bei verminderter Förderleistung auftretenden Druckpulsationen, welche pulsierende Stösse im Laufrad hervorrufen, die'Vibrationen und störende Geräusche verursachen, ist es weiterhin bekannt, in einem Radialverdichter einen Drosselring anzuordnen, der in Abhängigkeit von der Einstellung der Leitschaufeln, ebenfalls den Diffusorquerschnitt entsprechend verengt. Auch hierbei sind Stellglieder erforderlich, die pneumatisch betätigt werden.

Die bekannten Vorrichtungen benötigen bewegliche Teile und sind konstruktiv aufwendig. Sie bedürfen einer ständigen Wartung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne einen derartigen konstruktiven Aufwand mit einfachen Mitteln, das eingangs beschriebene Ziel zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Massnahmen gelöst, wie experimentell bestä-

tigt werden kann.

Vorteilhaft wird die Querschnittsfläche der Druckausgleichskammer derart gewählt, dass die Querschnittsfläche der Druckausgleichskammer so bemessen ist, dass die Helmholtz-Resonanzfrequenz mindestens dreimal höher als die höchste PuI-sationsfrequenz ist, und dass die Durchtrittsbreite höchstens 1 % des Laufraddurchmessers der Kreiselmaschine beträgt.

Die Helmholtz-Resonanzfrequenz F wird nach der Formel.

F =

1.A

bestimmt.

Hierbei ist c die Schallgeschwindigkeit des kompressiblen Arbeitsmittels,

A die Querschnittsfläche der Druckausgleichskammer,

B die Breite des Durchtritts und
1 die Länge des Durchtritts.

Bei der vorstehend beschriebenen Anwendung der Bemessungsvorschrift kann ein praktisch verzögerungsfreier Druckausgleich bewirkt werden.

Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Dimensionsgrössen A, B, und 1 vorteilhaft so bestimmt werden, dass die
Länge 1 des Durchtritts möglichst klein ist zugunsten einer

grösseren Querschnittsfläche A, die für die Ausgleichsströmung zur Verfugung steht. Die Breite B des Durchtritts wird vorteilhaft möglichst klein gewählt, um die Strömungsverluste im Diffusor gering zu halten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen einstufigen Radialverdichter und

Fig. 2 ein Detail in vergrössertem Massstab in schematischer Darstellungsweise.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem das Druckverhältnis eines einstufigen Radialverdichters über dem Durchsatz aufgetragen ist und zwar einmal mit und einmal ohne die erfindungsgemässen Massnahmen und mit verschiedenen Vordrall-Stellungen der Vordrallschaufeln.

Das fliegend gelagerte Laufrad 4 des Verdichters wird gemäss Fig. 1 über die Rotorwelle 3 von einem nicht dargestellten Motor angetrieben. Im Ansaugrohr 1 sind Vordrallschaufeln 2 angeordnet, die entsprechend der Förderleistung in nicht dargestellter, an sich bekannter Weise eingestellt werden.

Aus dem Ansaugrohr 3 wird das zu verdichtende Medium, z. B. das Kältemittel einer Kälteanlage, von dem Laufrad 4 in Achsrichtung angesaugt und durch die Laufschaufeln 5 radial nach aussen gefördert.

Vom Laufradaustritt aus gelangt das Medium in den unbeschaufelten Diffusor 7 und strömt zwischen dessen Wänden

. φ.

7a und 7b der Austrittsspirale 8 zu.

Der Laufraddurchmesser ist mit D bezeichnet.

Hinter der Diffusorwand 7a und dem Diffusorgehäuse 6 sind zwei Druckausgleichskammern 9 angeordnet, die jeweils über als Ringspalte 10 ausgebildete Durchtritte mit dem Diffusorkanal in Verbindung stehen.

In Fig. 2 ist ein vergrösserter Ausschnitt der Fig. 1 dargestellt, und zwar eine im Diffusorgehäuse 6 hinter der Wand 7a des Diffusorkanais 7 angeordnete Druckausgleichskammer mit einem Querschnitt A und einem als.Ringspalt ausgebildeten Durchtritt 10 mit der Breite B und Länge 1.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch solche Fälle umfasst, bei denen eine Druckausgleichskammer über mehrere, als Bohrungen ausgeführte Durchtritte, die über den Umfang verteilt sind, mit dem Diffusorkanal verbunden ist. Weiterhin ist es möglich, nur eine oder mehr als zwei Druckausgleichskammern vorzusehen, wobei diese Druckausgleichskammern sowohl hinter einer der beiden Diffusorwände als auch gegebenenfalls hinter beiden Diffusorwänden angeordnet sein können.

Die Pulsationsfrequenz wird experimentell bestimmt und danach die Bemessung der Druckausgleichskammern und Druckdurchtritte bezüglich Breite und Länge vorgenommen.

Hierbei wird vorteilhaft der Bemessung die vorstehend beschriebene Vorschrift zugrundegelegt, d. h. derart, dass die Helmholtz-Resonanzfrequenz mindestens das dreifache der höchstens Pulsationsfrequenz ist.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, wie es aus Versuchen ermittelt wurde, und zwar Kennlinien eines einstufigen Radialverdichters für die Winkel d ■, - Oi _c der Vordrallschaufeln.

J- D

Die Kennlinien, welche die Druckverhältnisse in Abhängigkeit vom Durchsatz des Verdichters zeigen, sind für die bekannte Ausführung ohne Druckausgleichskammern mit I - VI und für die erfindungsgemässe Ausführung mit I¹ - VI¹ bezeichnet.

Die Pumpgrenze ist als strichpunktierte Kurve P und die Stabilitätsgrenze S bzw. S· sind als gestrichelte Kurven dargestellt.

Aus dem Diagramm geht klar hervor, dass bei Anwendung der erfindungsgemassen Massnahmen die Stabilitätsgrenze in das Gebiet kleinerer Durchsätze bzw. Ansaugvolumen verschoben wird. Somit wird ein wesentlich grösseres Gebiet für einen pulsationsfreien Betrieb für eine Kreiselmaschine erreicht.

Claims

Patentansprüche

(l/ Kreiselmaschine, insbesondere Radialverdichter, dadurch gekennzeichnet, dass im unbeschaufelten Diffusorkanal mindestens in einer Wand ein zusammenhängender Durchtritt oder über den Umfang verteilte Durchtritte angeordnet sind, welehe den Diffusorkanal mit mindestens einer hinter der Diffusorwand angeordneten ringförmigen Druckausgleichskammer verbinden.
2. Kreiselmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusammenhängende Durchtritt als Ringspalt ausgebildet ist.
3. Kreiselmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Druckausgleichskammer derart bemessen ist, dass die Helmholtz-Resonanzfrequenz mindestens dreimal höher als die höchste Pulsationsfrequenz ist, und dass die Durchtrittsbreite höchstens 1 % des Laufraddurchmessers der Kreiselmaschine beträgt.