DE3511769A1

DE3511769A1 - Ein- und mehrstufiger axialkompressor

Info

Publication number: DE3511769A1
Application number: DE19853511769
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing.(grad.) 4300 Essen Förster
Original assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Current assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Priority date: 1985-03-30
Filing date: 1985-03-30
Publication date: 1986-10-02
Also published as: ATE49459T1; EP0196363B1; EP0196363A1; DE3575332D1

Description

1 RG, Si/Pi.- 2660 "^" 28.03.1985

Anmelder:

M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG Aktiengesellschaft

4200 Oberhausen

■|5 ANR: 10 27

"Ein- und mehrstufiger Axialkompressor" 20

Die Erfindung betrifft einen ein- und mehrstufigen Axialkompressor.

Für die Entstehung von Strömungsinstabilitäten und Druckpulsationen in Axialkompressoren sind nicht nur strömungsdynamische Vorgänge, sondern auch akustische Gesetzmäßigkeiten verantwortlich.

Bei der Betrachtung der komplexen Strömungsverhältnisse und des Ablösungsbeginns einer dreidimensionalen Grenzschicht wurden bereits von Emmons, Pearson und Grant auch akustische Einflüsse mit einbezogen. CR. Sparks hat sich intensiv mit der akustischen Einordnung eines Radialkompressors und den verbindenden Rohrleitungen befaßt (Journal of Engineering for Power, Oct. 1983, Vol. 105).

Nach der CH-PS 646 757 ist ein einstufiger Radialverdichter bekannt, der sich dadurch auszeichnet, daß im unbeschaufeiten Diffusorkanal mindestens in einer Wand ein einziger Durchtritt oder über den Umfang verteilte Durchtritte angeordnet sind, die den Diffusorkanal mit mindestens einer hinter der Diffusorwand angeordneten ringförmigen Druckausgleichskammer verbinden. Durch eine derartige Ausbildung sollen bei verminderter Förderleistung auftretende Druckpulsationen beseitigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere bei mehrstufigen Axialkompressoren die Amplitude eines vorhandenen PuI-

° sationsSpektrums zu reduzieren, um damit den nutzbaren Arbeitsbereich im Kennfeld des Kompressors zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Axialkompressor mit einem oder mehreren Absorptionsresonatoren, sogenannten Helmholtz-Resonatoren/ ausgerüstet.

Bei mehrstufigen Axialkompressoren werden die Absorptionsresonatoren zwischen mehreren Stufen einer Stufengruppe angeordnet.

Beim Axialkompressor, und hier bei drehzahlregelbaren Maschinen, gilt die Besonderheit, daß der interessierende Pumppunkt bei konstantem Enddruck, der dem Auslegungsdruck entspricht, bei einer Drehzahl erreicht wird, bei der im Pumppunkt des gesamten Kompressors alle Stufen gleichzeitig ihre Pumpgrenze erreichen. Bei kleineren Drehzahlen pumpen zuerst die ersten Stufen. Bei höheren Drehzahlen pumpen dagegen zuerst die letzten Stufen.

Um hier besonders effektiv die Absorptionsresonatoren einzusetzen, ist es sinnvoll, diese in der Mitte der Stufengruppe anzuordnen. Dadurch erhält man den kürzesten Abstand von diesem Punkt zu allen pumpenden Axialstufen.

Die Ankoppelung der Absorptionsresonatoren ist selbstverständlich nicht auf den Bereich der mittleren KompressarstufeEJbeschränkt. Sie können auch z.B. an die Kompressoraus trittskammer angekoppelt werden.

Bei Axialkompressoren mit Niederdruck- und Hochdruckteil lassen sich die Absorptionsresonatoren in beiden Kom-

pressorteilen verwenden.

Nach der Erfindung bieten sich als Resonatorkammern die bei Axialkompressoren bekannten Totvolumina innerhalb des Kompressorgehäuses an. Diese werden über einen

rundumlaufenden Schlitz, der vor oder nach einem Lauf-

rad angeordnet wird, an den Gasstrom angekoppelt. Durch eine derartige Ausbildung wird ein Helmholtz-Resonator geschaffen, wobei der umlaufende Schlitz den Mündungshals des Resonators bildet.
5

Weist der Axialkompressor keine ausreichenden Totvolumina im Gehäuse auf, so können erfindungsgemäß zusätzliche Totvolumina, die als Resonatorkammern dienen, von außen

angekoppelt werden.
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Um nun die relativ steile Resonanzkurve des so gebildeten Helmholtz-Resonators abzuflachen, lassen sich erfindungsgemäß die Wandungen der Resonatorkammern mindestens teilweise mit einem Dämpfungsmaterial einer bestimmten Schallresistenz ausrüsten. Dies kann z.B. ein Dämmstoff auf der Basis Mineralfaser sein. Eine Bedämpfung des Mündungshalses des Helmholtz-Resonators, dargestellt durch den umlaufenden Schlitz, ist wegen der schmalen Formgebung nicht

möglich.
20

Die Frequenz des zu bedämpfenden Pulsationsspektrums ist abhängig von Bauart, Stufenzahl und einigen dynamischen Faktoren des jeweiligen Axialkompressors und wird deshalb für jeden Typ einmal experimentell ermittelt. 25

Es ist ferner von Einfluß, ob die Ansaugströmung bereits pulsationsbehaftet ist, da solche Pulsationen beim Durchtritt durch den Kompressor noch eine Verstärkung erfahren können.

Die erfindungsgemäße Ausbildung eignet sich auch für die Bedämpfung von Pumpstößen bei völligem Strömungsabriß (deep surge). Obwohl die Frequenz bei diesem Pumpen niedriger liegt, bleibt eine bedämpfende Wirkung des Ab-35

Sorptionsresonators erhalten.

Die Erfindung zieht nicht die relativ hohen Frequenzen, resultierend aus Drehzahl und Schaufelzahl, und ebensowenig die relativ niedrige Frequenz beim völligen Strömungsabriß, dem "Pumpen" des Kompressors, in Betracht. 5

Vielmehr wird das vorhandene breitbandige, den Gasstrom überlagerte Pulsationsspektrum im Bereich von 200 bis 800 Hz unter "steady-state-Bedingungen" betrachtet. Die Amplitude dieser Pulsationen nimmt bekanntlich bei Reduzierung der Förderleistung zu, bevor es zu der umlaufenden Abrißströmung (rotating stall) und letztlich zum kompletten Strömungsabriß kommt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den oberen Teil des Axialkompressors und

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt eines

Absoprtions-Resonators. 25

Fig. 1 stellt den oberen Teil eines Axialkompressors dar mit dem Gehäuseoberteil 1, in dem sich der Rotor 2 mit den Laufschaufeln 3 und den Leitschaufeln 4 befindet.

Der Einströmteil des Kompressors ist mit 5 und der Auson
^ow strömteil mit 6 bezeichnet.

Der zwischen Einströmteil 5 und Ausströmteil 6 erkennbare Gehäuseraum (Totvolumen) wird als Resonatorkammer 7 verwendet. Zwischen einer Laufschaufel 3 und einer

Leitschaufel 4 weist der Kompressor einen umlaufenden

- ΐ-

Schlitz 8 auf, der als Ankoppelungsschlitz für den Absoprtionsresonator (Resonatorkammer) 7 dient und auch als Mündungshals eines Helmholtz-Resonators bezeichnet werden kann.
5

Zur Abflachung der Resonanzkurve und damit die Absorption für einen breiteren Frequenzbereich wirksam wird, sind die Wandungen der Resonatorkammer 7, wie in Fig. 2 angedeutet, mit einer akustischen Dämmschicht D, beispielsweise Mineralwolle, beschichtet.

Der Absorptionsresonator, wie er in der Prinzipskizze (Fig. 2) dargestellt ist, stellt ein Masse-Feder-Resonanzsystem dar. Das Volumen V ergibt die Feder. Der Resonatorhals (Schlitz 8) mit seiner Fläche S und der Länge L ergibt die Masse.

Die Resonanzfrequenz wird nach der Formel

bestimmt.

Der Ausdruck ((I + 2 Δ 1) bezeichnet die für diesen Anwendungsfall notwendige Mündungskorrektur für die Resonatorhalslänge. Außerdem kommt eine experimentell ermittelte Korrektur für die Resonanzfrequenz zu höheren Frequenzen zur Anwendung, da durch die hohe Gasströmung die schwingende Gasmasse am Schlitzaustritt fortgetragen

wird.
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-J.

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche:

1. Ein- und mehrstufiger Axialkompressor, dadurch gekennzeichnet, daß dieser mit mindestens einem breitbandigen Absorptionsresonator (7, 8) ausgerüstet ist.

2. Ein- und mehrstufiger Axialkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Resonatorkammern (7) im Axialkompressor vorhandene Totvolumina vorgesehen sind und zur Ankoppelung der Resonatorkammern (7) an den Gasstrom rundumlaufende Schlitze (8), die den Mündungshals des Helmholtz-Resonators bilden, vor oder nach einem rotierenden Laufrad (3) angeordnet sind.

3. Ein- und mehrstufiger Axialkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schlitze (8) durch Stege unterbrochen sind. 20

4. Ein- und mehrstufiger Axialkompressor nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als Resonatorkammern (7) zusätzliche Totvolumina von außen angekoppelt sind.

5. Ein- und mehrstufiger Axialkompressor nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet,

^ου daß die Wandungen der Resonatorkammern (7) mit einem Dämpfungsmaterial (D) ausgekleidet sind.

6. Ein- und mehrstufiger Axialkompressor nach den Ansprüchen 1-5,

dadurch gekennzeichnet,

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1 daß die Resonanzfrequenz der Absorptionsresonatoren (7, 8) auf die Pulsationsfrequenz mit der maximalen Amplitude oder auf die harmonische Frequenz abgestimmt ist.