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Vorrichtung zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Kreiselverdichtern
und -gebiäsen. Den Gegenstand des Hauptpatentes 3io5gg bildet ein Verfahren zur
Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Kreiselverdichtern und -gebläsen, gemäß welchem
in den die Ausströmungsöffnungen des Laufrades umgebenden Raum der Leitvorrichtung
Luft von höherer Spannung eingeführt wird, als die aus dem Laufrad kommende Luft
besitzt, um dem Ausströmen dieser Luft erhöhten Widerstand entgegenzusetzen und
sie dadurch stärker zu verdichten.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird Luft von höherer Spannung dadurch
eingeführt, daß der im Leitrad herrschende, aus der Umsetzung von Geschwindigkeit
in Druck stammende höhere Luftdruck auf einen Teil der Laufradbreite, und zwar entgegen
der Strömungsrichtung der vom Laufrad abfließenden -Luft, gegen das Laufrad zurückgeleitet
und sodann auf die ganze Laufradbreite wirken gelassen wird. In einer verbesserten
Ausführungsart des Verfahrens wird der im Leitrad herrschende höhere Luftdruck durch
Kanäle von durchaus- gleichem Querschnitt gegen das Laufrad -zurückgeleitet. Zur
Auslührung "des ersterwähnten Verfahrens wird der, Druckraum des' Leitrades mit
dem das Laufrad umgebenden Raum durch einen oder mehrere Ringkanäle verbunden, die
durch entsprechende Anzahl Ringwände gebildet werden. Zur Ausführung des zweitgenannten
Verfahrens wird dieser Ringraum (Ringräume) durch Querwände in Einzelkanäle abgeteilt,
die durchaus gleichen Querschnitt haben und genau oder annähernd in der Richtung
der vom Laufrad abgeschleuderten Luft liegen. Das Laufrad wird- also gezwungen,
Luft von jener Spannung (Dichte) in den Diffusor bzw. die Leitvorrichtung zu schleudern,
welche in einem gewöhnlichen Kreiselverdichter oder -gebläse erst hinter dem Diffusor
bzw. der Leitvorrichtung, also nach erfolgter Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck,
erzielt werden kann.
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Die. größte Spannung (Dichte), die das umlaufende Schaufelrad durch
die ihm zugeführte Energie erzeugen kann, ist gegeben -durch die Druckerhöhung,
welche sich bei reibungsloser, idealer Strömung aus der Relation bestimmt-:
Hierbei bezeichnen: H die theoretische Druckhöhe,
u1, as, die Umfangsgeschwindigkeiten
am inneren bzw. äußeren Umfang des Schaufelrades, w1, w2 die relativen Geschwindigkeiten,
cl, c2 die absoluten Geschwindigkeiten am Ein- . und Austritt. Während in einem
gewöhnlichen Kreiselverdichter die ersten z«,ei Glie= der den Spaltüberdruck, das
dritte Glied den im Diffusor (der Leitvorrichtung) umgesetzten Druckanteil bezeichnen,
wird bei der vorliegenden Erfindung H als Spaltüberdruck gewonnen.
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Das hierzu notwendige Verfahren charakterisiert sich dadurch, daß
der normal vom Laufrad erzeugte Spaltüberdruck
durch Zuhilfenahme von Luft größerer Dichte auf den Betrag H erhöht wird; so daß
das Laufrad, um gegen diesen Druck aufzukommen; Luft der ihm entsprechenden Dichte
in den Diffusor bzw. die Leitvorrichtung schleudern muß.
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Das vorliegende Verfahren besteht also in der Zuhilfenahme von Luft
größerer Dichte aus jenem Teile des Diffusors bzw. der Leitvorrichtung, in welchem
der Betrag
bereits in Druck umgesetzt wurde.
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In der Zeichnung ist eine zur Ausführung der Verfahren dienende, beispielsweise
Ausführungsform einer Kreiselverdichterstufe in zwei aufeinander senkrecht stehenden
Schnitten dargestellt.
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h ist das Laufrad und b der Druckraum im Leitrad (Diffusor). a und
a1 bezeichnen zwei Ringscheiben, die gegeneinander so geneigt sind, daß der Querschnitt
des von ihnen gebildeten Raumes y durchweg konstant ist. Dieser Ringkanal verbindet
den Druckraum b des Leitrades mit dem das Laufrad h unmittelbar umgebenden Raum
t. Der Raum r
ist durch Zwischenwände s in Kanäle abgeteilt, die durchweg
gleichen Querschnitt haben und genau oder annähernd in der Richtung ,der vom Laufrad
h abgeschleuderten Luft liegen, indem z. B. die -Zwischenwände s in die Richtung
der absoluten Austrittsgeschwindigkeit c2 eingestellt werden (Fig. 2). Bei dieser
Einrichtung stellt sich der im Raum b herrschende hö= ere Druck P4 auch im Raum
t
ein. (Infolge Verdichtungsstoßes dürfte im Raum t sogar ein größerer Druck
als herrschen.) Das E-nstellen des Druckes .Pd im Raum t
läßt sich folgendermaßen
erklären. Bezeichnet man mit P" den knapp oberhalb des Laufrades herrschenden Spaltüberdruck,
so ist P, kleiner als Pd, und zwar um den Betrag der in Druck umgesetzten Austrittsgeschwindigkeit
c2. Es wird somit Pd auf Ps expandieren wollen, und zwar in der Richtung der Zwischenwände
s, wobei vorausgesetzt ist, daß eine genügende Anzahl solcher Zwischenwände vorhanden
ist. Da die Expansionsgeschwindigkeit entgegengesetzt und ungefähr gleich (etwas
kleiner, da der Wirkungsgrad des Diffusors oder Leitrades nur etwa 72 Prozent) der
absoluten Austrittsgeschwindigkeit c2 ist, so findet eine Expansion im Raum v nicht
statt, d. h. es muß sich der am äußeren Umfang des Raumes y herrschende Druck pd
auch an dessen innerem Umfang im Raum t einstellen. Das Laufrad
lt
kann in diesen Raum nur dann Luft fördern, wenn P, - Pd -ist, d. h. die
Dichte der geschleuderten Luft dem Druck Pd entspricht. Dies `gilt streng genommen
nur für den durch Raum y direkt beeinflußten Teil des Raumes t.
Da jedoch
die Luft ein vollkommen elastischer Körper ist, äußert sich diese Rückwirkung auf
der ganzen Laufradbreite, also im ganzen Raum t, im gewünschten Ausmaß, sobald der
Raum r keine zu geringe Breite hat; die geringste Breite beträgt undefähr ein Drittel
der Laufradschaufelbreite. Rechts und links von r bleibt hierbei der normale Diffusor
bzw. die Leitvorrichtung z1, z2 bestehen, so daß hier die Geschwindigkeit c2, mit
welcher die Luft von der dem Druck Pd entsprechenden Dichte in diesen Raum b geschleudert
wird, in Druck umgesetzt Werden kann.
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Der erreichbare maximale Enddruck ist bei diesem Verdichter gegeben
durch den Spaltüberdruck HP" welcher durch H bestimmt ist, vermehrt um jenen Betrag,
welcher aus dem Umsetzen der Geschwindigkeit c2 in Druck im Diffusor bzw. der Leitvorrichtung
resultiert. c2 ist hierbei die Geschwindigkeit, mit welcher die Luft von der dem
Spaltüberdruck HP" entsprechenden Dichte in den Raum z1, z2 geschleudert wird. Die
Druckerhöhung gegenüber einem gewöhnlichen Kreiselverdichter besteht somit darin,
daß die Druckhöhe H bereits als Spaltüberdruck gewonnen wird., während sie sonst
den Enddruck nach dem Diffusor darstellt, wobei das Laufrad mit 92 Prozent arbeitet,
während der Diffusor die Geschwindigkeit nur mit 68 bis 78 Prozent umsetzt; zu diesem
Spaltüberdruck Hps ist noch der Diffusoranteil
zuzuzählen.
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Verdichtet z. B. eine gewöhnliche Kreiselverdichterstufe Luft von
i Atm. auf i,o8 Atm., so wird unter sonst gleichen Umständen nach vorliegendem Verfahren
als Enddruck i,ig Atm. erreicht.