DE3114914A1 - "lufteinlass fuer kompressoren" - Google Patents

"lufteinlass fuer kompressoren"

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DE3114914A1
DE3114914A1 DE19813114914 DE3114914A DE3114914A1 DE 3114914 A1 DE3114914 A1 DE 3114914A1 DE 19813114914 DE19813114914 DE 19813114914 DE 3114914 A DE3114914 A DE 3114914A DE 3114914 A1 DE3114914 A1 DE 3114914A1
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air inlet
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compressor
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compressors
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DE19813114914
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English (en)
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Keiichi Yokohama Kanagawa Nakanishi
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/04Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/4213Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps suction ports

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • BESCHREIBUNG
  • Die Erfindung betrifft einen Lufteinlaß für Kompressoren gemäß dem Oberbegriff- des Hauptanspruchs.
  • Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einem Lufteinlaß für Kompressoren, die für Gasturbinen oder dergleichen verwendet werden Figur 1 der Zeichnung, auf die zur Erläuterung des Standes der Technik bereits hier Bezug genommen werden-soll, zeigt eine bekannte Ausführung der in Betracht kommenden Art. Ein Lufteinlaß 2 weist zwei konzentrische innere Oberfächen 4 und 6 auf, die "trompetenförmig" oder abgeflacht-hyperbolisch angeordnet sind. Die Innenflächen 4 und 6 sind symmetrisch in bezug auf eine Achse 8 des Kompressors und begrenzen einen Einlaßkanal 10. Der Einlaßkanal 10 -umfaßt einen Abschnitt 12, der s.ich in Radialrichtung erstreckt und am stromaufwärtigen Ende an einer Offnung 14 beginnt, durch die Luft angesaugt wird. Dem Abschnitt 12 folgt ein gebogener Abschnitt 15 und sodann ein kurzer, axialer Abschnitt 16, der an seinem stromabwärtigen Ende dem Laufrad 17 des Kompressors gegenüberliegt und diesem Luft zuführt.
  • Da es ständig und insbesondere im Automobilbau oder bei industriellen Maschinen angestrebt wird, die Abmessungen der einzelnen Maschinenteile zu verringern, wird der Lufteinlaß von Kompressoren in der erwähnten Weise bogenförmig ausgeführt, damit die axiale Länge möglichst kurz gehalten werden kann. Es ergibt sich jedoch dabei eine ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung am Einlaß des Laufrades 17, wie die Pfeile A erkennen lassen. Dies beruht darauf, daß die Strömungsrichtung im gebogenen Abschnitt 15 des Einlaßkanals 10 scharf aus der Radialrichtung in die Axialrichtung umgelenkt wird, so daß aus strömungstechnischen Gründen die Geschwindigkeit an der inneren Kurvenfläche erheblich größer als diejenige an der äußeren Kurvenfläche des gebogenen Abschnitts 15 ist und ein verhältnismäßig langer gerader Abschnitt 16 benötigt wird, in dem sich die Geschwindigkeitsverteilung wieder im wesentlichen ausgleicht.
  • Die ungleichmäßige Geschwindigkeiterteilung am Einlaß des Kompressor-Laufrades beeinträchtigt die Leistung des Kompressors, so daß ein herkömmlicher Kompressor nicht kompakt ausgebildet werden kann, ohne daß die Kompressorleistung abnimmt.
  • Die Erfindung ist daher darauf gerichtet, einen Lufteinlaß für Kompressoren, insbesondere für Gasturbinen oder dergleichen zu schaffen, der ohne Beeinträchtigung der Kompressorleistung kompakte Abmessungen des Kompressors erlaubt.
  • Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.
  • Der erfindungsgemäße Lufteinlaß umfaßt in einer bevorzugten Ausführungsform ebenfalls einen gebogenen Einlaßkanal. Die Länge in Axialrichtung des Kompressors ist sehr gering, so daß die Gesamtlänge so kurz wie möglich gehalten werden kann. Wenigstens ein Führungsglied ist in dem Einlaßkanal vorgesehen, daß wenigstens zwei Strömungskanäle in diesem bildet, die eine weitgehend gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung am stromabwärtigen Ende hervorrufen.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
  • Fig. 1 ist ein Teillängsschnitt durch eine Gasturbine mit einem herkömmlichen Lufteinlaß; Fig. 2 ist ein Teillängsschnitt durch eine Gasturbine mit einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lufteinlasses in Verbindung mit einem Radial-Kompressor; Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung einer Führungsplatte zur Verwendung im vor liegenden Zusammenhang; Fig. 4 ist ein Teillängsschnitt durch eine Gasturbine mit einer zweiten Ausführungsform eines Lufteinlasses; Fig. 5 ist ein Teillängsschnitt durch den Einlaßbereich eines Axial-Kompressors mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lufteinlasses; Fig. 6 ist ein Teillängsschnitt durch eine Gasturbine mit Axial-Kompressor und erfindungsgemäßem Lufteinlaß.
  • Auf Figur 1 wurde bereits bei der Erläuterung des Standes der Technik eingegangen.
  • Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. Ein Lufteinlaß 20 weist zwei konzentrische innere Oberflächen 22 und 24 auf, die wiederum t'trompetenförmig" oder abgestumpft-hyperbolisch angeordnet sind. Die inneren Oberflächen 22 und 24 sind symmetrisch in bezug auf eine Achse 26 der Gasturbine und bilden einen Einlaßkanal 28. Der Einlaßkanal 28 umfaßt einen im wesentlichen radial angeordneten Abschnitt 30, der von einer stromaufwärtigen Öffnung 32 aus- geht, durch die Luft angesaugt wird. An diesen Abschnitt schließt sich ein gebogener Abschnitt 34 an, der in einen verhältnismäßig kurzen axialen Abschnitt 36 übergeht, der seinerseits stromabwärts vor den Schaufeln 38 eines Laufrades 40 des Kompressors mündet und diesem Luft zuführt.
  • Die beim Betrieb des Kompressors in den Einlaßkanal 28 durch die Öffnung 32 eingeleitete Luft wird durch die Schaufeln 38 des Laufrades 40 angesaugt und komprimiert. Die komprimierte Luft gelangt durch einen ringförmigen Diffusor 44 in eine Brennkammer 42, in der sie mit Brennstoff gemischt und gezündet wird, so daß ein heißes, unter hohem Druck stehendes Gas erzeugt wird. Dieses Gas gelangt über ein Spiralgehäuse 50 und eine Düse 52 in die Schaufeln 46 eines Turbinen-Läufers 48 und expandiert, so daß der Läufer 48 angetrieben wird und über eine Welle 53 den Kompressor-Läufer 40 dreht.
  • Ein Führungseinsatz 54 in der Form einer Trompetenmündung oder eines Hyperboloid-Stumpfes, wie er in Figur 3 gezeigt ist, befindet sich in dem Einlaßkanal 28 in dessen gebogenem Abschnitt 34. Der Führungseinsatz 54 liegt konzentrisch zu den inneren Oberflächen 22 und 24 und erstreckt sich im wesentlichen parallel zu diesen vom stromaufwärtigen Ende gegenüber der Öffnung 32 bis zum stromabwärtigen Ende gegenüber den Kompressor-Schaufeln 38. Der Führungseinsatz 54 liegt im wesentlichen in der Mitte zwischen den inneren Oberflächen 22 und 24 und bildet zwei Strömungskanäle 56 und 58 mit diesen. Der Führungseinsatz wird an seinem stromabwärtigen Ende durch eine Anzahl von Stützen 60 festgelegt, die an der inneren Oberfläche 22 befestigt sind und im wesentlichen in regelmäßigen Umfangsabständen verteilt angeordnet sind.
  • Wie. zuvor beschrieben wurde, ergibt sich an der inneren Oberfläche 24 in der Innenkurve eine wesentlich höhere Geschwindigkeit als an der anderen Oberflächen 22, d.h. der Außenkurve des gebogenen Abschnitts 34, sofern ein Führungseinsatz 54 nicht vorhanden ist, so daß die Geschwindigkeitsverteilung am Einlaß des Kompressor-Laufrades 40 erheblich ungleichmäßig ist. Aufgrund der strömungstechnischen Verhältnisse ist der statische Luftdruck in der Innenkurve des Abschnitts 34 geringer als an der Außenkurve, so daß die Geschwindigkeit an der Innenkurve höher ist, da die Geschwindigkeit umgekehrt proportional zu dem statischen Druck ist.
  • Durch Verwendung des Führungeinsatzes 54 gemäß Figur 2 entstehen Strömungskanäle 56 und 58, die im wesentlichen die halbe Breite W des Abschnitts 34 einnehmen, so daß der Stdmungsdruchsatz in jedem Kanal geringer als derjenige in dem gesamten Abschnitt 34 ist. Daher ist entsprechend den strömungstechnischen Gesetzen die Differens des statischen Druckes zwischen den Innen- und Außenkurven des Absc.<nitts 34 entsprechend geringer, so daß s-ich eine gleichmäßigere )ruckverteilung in dem gebogenen Abschnitt 34 ergibt. Daher wirft die Geschwindigkeitsverteilung im wesentlichen ausgegichen, wie die Pfeile B in Figur 2 andeuten.
  • Dies führt zu einer besseren Kompressorleistung.
  • In Figur 4 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Sofern gleiche oder entsprechende Teile vorgesehen sind, werden diese mit den selben Bezugs ziffern bezeichnet und nicht erneut erläutert.
  • In diesem Falle sind zwei Führungseinsätze 64 und 66 vorgesehen, die wiederum die Form einer Trompetenmündung oder eines Hyperboloid-Stumpfes aufweisen, wie er in Figur 3 gezeigt ist.
  • Diese Führungseinsätze befinden sich wiederum in dem gebogenen Abschnitt 34. Die Führungseinsätze 64 und 66 liegen konzentrisch zu den inneren Oberflächen 22 und 24 und begrenzen drei Strömungskanäle 68,70 und 72 mit im. wesentlichen der selben Breite zwischen den inneren Oberflächen 22 und 24. Jeder der Führungseinsätze 64 und 66 erstreckt sich im wesentlichen parallel zu den inneren Oberflächen 22 und 24 von dem stromaufwärtigen Ende gegenüber der Öffnung 32 zu dem stromabwärtigen Ende gegenüber den Kompressor-Schaufeln 38.
  • Der Führungseinsatz 64 wird am stromabwärtigen Ende durch eine Anzahl von Stützen 74 abgestützt, die anker inneren Oberfläche 22 befestigt sind und in gleichmäßigen Umfangsabständen liegen.
  • Der Führungseinsatz 66 wird an seinem stromabwärtigen Ende ebenfalls durch Stützen 76 an dem ersten Führungseinsatz 64 abgestützt.
  • Die übrigen Teile entsprechen im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Figur 2.
  • Bei dieser Ausführungsform werden die Unterschiede der Strömungsdurchsätze in den Strämmgskanälen 68,70 und 72 weiter reduziert, so daß sich eine noch gleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung ergibt, wie die Pfeile C in Figur 4 andeuten.
  • Die Anzahl der Führungseinsätze kann weiter erhöht werden, wenn eine noch bessere Angleichung der Strömungsgeschwindigkeiten angestrebt wird.
  • Da sich die Erfindung hauptsächlich mit dem Lufteinlaß eines Kompressors befaßt, ist sie für Kompressoren aller Art geeignet.
  • Beispielsweise zeigt Figur 5 einen Lufteinlaß für einen Axial-Kompressor mit einer Gasturbine. Auch in Figur 5 werden die selben Bezugsziffern verwendet, sofern die einzelnen Teile mit denjenigen der Figur 2 übereinstimmen. Im übrigen wird lediglich der Lufteinlaß als solcher gezeigt.
  • Mit 78 und 80 sind umlaufende und feststehende Schaufeln der ersten Stufe bezeichnet. Weitere Teile sind in Figur 5 nicht gezeigt und können in bekannter Weise ausgeführt sein.
  • Aus den Ausführungen zu Figur 5 geht hervor, daß der ererfindungsgemäße Lufteinlaß in gleicher Weise vorteilhaft für Radial- und Axial-Kompressoren eingesetzt werden kann.
  • Ein weiteres Beispiel zur Erläuterung der Erfindung ist in Figur 6 gezeigt. Auch hier werden wiederum weitgehend die Bezugsziffern der Figur 2 für entsprechende Teile verwendet.
  • Es handelt sich wiederum um einen Axial-Kompressor.
  • Die Erfindung gestattet eine Reihe von Abwandlungen. Beispielsweise können die Führungseinsätze der ersten und zweiten Ausführungsform unterschiedliche Formen aufweisen und dadurch eine gleichmäßige Führung der Luft und insbesondere eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung am stromabwärtigen Ende der Führungseinsätze bewirken.
  • Leerseite

Claims (6)

  1. Lufteinlaß für Kompressoren PRIORITÄT: 15. April 1980, Japan, No. 55-51460 PATENTANSPRUCHE Lufteinlaß für Kompressoren, mit einem Einlaßkanal, der am stromaufwärtigen Ende einen ersten, im wesentlichen geraden Abschnitt, einen zweiten, ebenfalls im wesentlichen geraden Abschnitt am stromabwärtigen Ende und einen dritten, beide Abschnitte bogenförmig verbindenden Abschnitt (34) umfaßt, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Führungseinsatz (54,64,66) in dem gebogenen Abschnitt (34) zur Unterteilung dieses Abschnittes in einzelne Strömungskanäle.
  2. 2. Lufteinlaß nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n - z e i c h n e t, daß der Führungseinlaß wenigstens einen in Strömungsrichtung liegenden, wenigstens' zwei Strömungskanäle (56,58,68,70,72) in dem gebogenen Abschnitt (34) begrenzende Einsatz flügel aufweist.
  3. 3. Lufteinlaß gemäß Anspruch 1 oder 2 mit im wesentlichen konzentrischen inneren und äußeren Oberflächen mit hyperboloidförmiger Anordnung, die symmetrisch im Bezug auf die Achse des Kompressors liegen, dadurch,g e k e n n z e i c h -n e t, daß der Führungseinsatz (54) hyperboloid-förmig ausgebildet und konzentrisch zwischen der ersten und zweiten inneren Oberfläche (22,24) angeordnet'ist und sich im wesentlichen parallel zu diesen und in der Mitte zwischen diesen erstreckt.
  4. 4. Lufteinlaß nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß der Führungseinsatz (54) durch eine Anzahl von Stützen (60) abgestützt ist.
  5. 5. Lufteinlaß nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß mehrere Führungseinsätze (64,66) in konzentrischer Anordnung vorgesehen sind.
  6. 6. Lufteinlaß nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß die Führungseinsätze (64,66) durch eine Anzahl von Stützen (74,76) abgestützt werden.
DE19813114914 1980-04-15 1981-04-13 "lufteinlass fuer kompressoren" Withdrawn DE3114914A1 (de)

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FR2480367A1 (fr) 1981-10-16
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GB2074244A (en) 1981-10-28

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