DE3801203A1

DE3801203A1 - Laufrad eines kreiselverdichters

Info

Publication number: DE3801203A1
Application number: DE19883801203
Authority: DE
Inventors: Gennadij Fedorovic Velikanov; Chanafi Ibragimovic Muratov; Valentin Alekseevic Rjabov; Kir Borisovic Sarancev; Valentin Gennadevic Soloviev
Original assignee: Proizv Ob Nevskij Z Im V I
Current assignee: Proizv Ob Nevskij Z Im V I
Priority date: 1988-01-18
Filing date: 1988-01-18
Publication date: 1989-08-03
Also published as: DE3801203C2; FR2626322A1; FR2626322B1; CH675751A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad eines Kreiselverdichters. Am vorteilhaftesten kann die Erfindung in pneumatischen Netzen von Industriebetrieben, Straßenbaustellen, Bergbaubetrieben sowie bei der Gasförderung über Gasleitungen, in Luftversorgungsanlagen der Schmelzöfen, zur Ammoniak- und Polyäthylenerzeugung und zur Gastrennung verwendet werden.

Gaskompression und -förderung werden beim Verdichtereinsatz mit Hilfe von im Laufrad angeordneten Schaufeln erzielt, wobei der Wirkungsgrad eines Verdichters von der Form der Schaufelarbeitsfläche wesentlich abhängt, die in verschiedenen Laufradkonstruktionen verschiedenartig ausgebildet wird.

Es ist ein Verdichterlaufrad (s. V. F. Ris, "Tsentbobezhnye mashiny", 1981, Verlag Mashinostroenie, Leningrad, S. 15), mit einem Tragring und daran angebrachten Schaufeln, deren Eintrittskanten auf einer zylindrischen bzw. kegeligen Fläche liegen, wobei die Achse dieser Fläche mit der Laufradachse zusammenfällt, bekannt. Die Austrittskanten der Schaufeln befinden sich auf einer zylindrischen Fläche, deren Achse mit der Laufradachse zusammenfällt. Die Schaufelarbeitsfläche wird durch Bewegung einer geradlinigen, zur Laufradachse parallelen Erzeugenden gebildet, wobei eine bestimmte zylinderförmige Fläche gebildet wird, die in bezug auf die Laufradachse unsymmetrisch ist.

In diesem Falle befindet sich die ganze Schaufelfläche im radialen Laufradbereich.

Im beschriebenen Laufrad kann der Schaufelaustrittswinkel kleiner als 90° ausgeführt werden. In diesem Falle ist die Arbeitsleistung bei einem maximalen Wirkungsgrad bedeutend größer als jene Leistung, bei der ein Pumpen beginnt. Dies ermöglicht es, das besagte Laufrad in ortsfesten Verdichtern mit einem ausreichend breiten Änderungsbereich der Leistung ohne merkliche Wirkungsgradverluste einzusetzen.

In Laufrädern des angegebenen Typs findet aber infolgedessen, daß im axialen Laufradbereich keine Schaufeln vorhanden sind, eine starke Richtungsänderung des Gasstroms bei seinem Übergang aus dem axialen in den radialen Laufradbereich statt. Dies bedingt, daß Gas auf die Eintrittskanten der Schaufeln, die im radialen Bereich des Laufrads angeordnet sind, unter einem Anströmwinkel gelangt, der sich längs der Eintrittskantenlinie ändert. Dadurch wird der stark vermindert, insbesondere dann, wenn das Größenverhältnis der Laufradbreite zum Laufradaußendurchmesser von einem optimalen Wert von ca. 0,05 abweicht.

Außerdem weist ein Laufrad ohne Schaufeln im axialen Bereich eine bedeutend verminderte Festigkeit auf.

Es ist ein Laufrad eines Kreiselverdichters (SU, A, 6 91 606) mit einer Tragscheibe und daran angebrachten Schaufeln bekannt. Die Schaufeleintrittskanten liegen in einer Ebene, die zur Laufradachse senkrecht sind, und die Austrittskanten auf einer zylindrischen Fläche, deren Achse mit der Laufradachse zusammenfällt. Die Erzeugende der Schaufelarbeitsfläche stellt eine Gerade dar, die in einer zur Laufradachse senkrechten Ebene derart verläuft, daß sie diese Achse nicht kreuzt. Die Erzeugende bildet die Arbeitsfläche unter einer Schraubenbewegung längs der Laufradachse und um diese herum. Dabei ändert sich der Abstand zwischen der Erzeugenden und der Laufradachse derart, daß der Sinus des Neigungswinkels der Erzeugenden in bezug auf einen Laufradradius, der über den Schnittpunkt der Erzeugenden mit der Schaufelaußenkante verläuft, zu sin γ · x ⁿ proportional ist, wobei γ eine Konstante, x das Größenverhältnis einer Bewegung der Erzeugenden zur Länge des Laufrads längs dessen Achse und n ein Exponent ist.

Im beschriebenen Laufrad soll der Schaufelaustrittswinkel 90° betragen, weil nur bei diesem Winkelwert die Bedingung seiner Konstanz auf der ganzen Länge der Schaufelaustrittskante erfüllt ist. Dazu ist erforderlich, daß die Erzeugende auf der Schaufelaustrittsfläche radial gerichtet ist. Beim Betrieb der Verdichter mit derartigen Laufrädern bleibt jedoch ein ausreichend hoher Wirkungsgrad nur in einem engen Änderungsbereich der Leistung erhalten, weil bei einem Schaufelaustrittswinkel von 90° der maximale Wirkungsgrad mit dem Pumpenbeginn zusammenfällt. Dies steht einem Einsatz dieser Laufräder in ortsfesten Verdichtern mit einem weiten Änderungsbereich der Leistung im Wege, weil eine große Leistungsänderung eine starke Verminderung des Wirkungsgrades bewirkt.

Außerdem hat im vorstehend angeführten Ausdruck sin γ · x ⁿ ein "n"-Wert wenigstens Zwei zu betragen, weil widrigenfalls die gebildete Fläche keine zufriedenstellende Anströmbedingungen für einen Gasstrom in bezug auf die Schaufeleintrittsflächen sicherstellt. Jedoch wird bei "n"-Werten von Zwei aufwärts die Arbeitsfläche einer Schaufel durch eine starke Änderung der Flächenkrümmung auf der ganzen Schaufellänge gekennzeichnet. Dies vergrößert die Möglichkeit dessen, daß im die Schaufelarbeitsfläche umströmenden Gasstrom Ablösungszonen vorkommen, die eine Verminderung des Wirkungsgrads bewirken.

Unterdessen stellt eine Anordnung der Schaufeleintrittskanten im Axialbereich eines Laufrads eine kleinere Änderung des Anströmwinkels längs der Eintrittskanten sowie einen Anstieg der Laufradfestigkeit sicher.

Eine allmähliche Krümmungsänderung der Arbeitsfläche und einen noch konstanteren Anströmwinkel längs der Schaufeleintrittskante kann man durch eine Schraubenbewegung einer geradlinigen Erzeugenden längs der Laufradachse und um diese Achse herum derart erzielen, daß sie dabei immer über diese Achse verläuft. Außerdem wird in diesem Falle eine noch größere Laufradfestigkeit sichergestellt, weil die Eintrittskanten der Schaufeln in einer radialen Richtung und unter keinem Winkel zum Radius wie im Laufrad nach SU, A, 6 91 606 angeordnet sind.

Jedoch wird im Falle einer über die Laufradachse verlaufenden Erzeugenden der Schaufelaustrittswinkel immer 90° betragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad eines Kreiselverdichters mit solchen Schaufeln zu schaffen, die unter Beibehaltung einer ausreichend hohen Laufradfestigkeit und bei Sicherung eines minimalen Anströmwinkels längs der Schaufeleintrittskante einen Anstieg des Laufradwirkungsgrades dadurch ermöglichen, daß ein Austrittswinkel der Schaufeln unter 90° bei einer allmählichen Krümmungsänderung der Schaufelarbeitsfläche erzielt wird.

Diese Aufgabe wird beim Laufrad eines Kreiselverdichters mit einer Tragscheibe und daran angebrachten Schaufeln, deren Eintrittskanten in einer zur Achse des Laufrads senkrechten Ebene und deren Austrittskanten auf einer zylindrischen Fläche liegen, deren Achse mit der Laufradachse zusammenfällt, wobei die Arbeitsfläche jeder Schaufel durch Schraubenbewegung einer Erzeugenden längs der Laufradachse und um diese Achse gebildet wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich der Anfang der Erzeugenden auf der Laufradachse befindet und wenigstens ein Teil dieser Erzeugenden einen Abschnitt einer Schleifenlinie darstellt, dessen der Laufradachse zugekehrtes Ende einen Knotenpunkt der Schleifenlinie darstellt und der andere Teil der Erzeugenden, falls ein Schleifenlinienabschnitt nur ein Teil der Schleifenlinie ist, einen Abschnitt einer Geraden darstellt, der mit dem einen Ende mit dem Schleifenlinienabschnitt im besagten Knotenpunkt gekoppelt ist, und das andere Ende des geraden Abschnitts der Anfang der Erzeugenden ist.

Die Anwendung der genannten Erzeugenden, die durch die Laufradachse verläuft, stellt eine hohe Schaufelfestigkeit im axialen Schaufelbereich sicher. Dies ist auf eine der radialen nahe Richtung des den axialen Schaufelbereich bildenden Abschnitts einer Geraden zurückzuführen, falls die Erzeugende aus zwei Abschnitten besteht. Der Abschnitt einer Schleifenlinie, die an deren Knotenpunkt anschließt, liegt auch einer Geraden nahe, die in der radialen Richtung verläuft. Dies stellt auch eine ausreichende Festigkeit des axialen Schaufelbereichs in dem Fall sicher, wenn die ganze Erzeugende eine Schleifenlinie darstellt. Zugleich ermöglicht es ein in der Erzeugenden bestehender krummliniger Abschnitt einer Schleifenlinie, Schaufelaustrittswinkel unter 90° zu erzielen und dadurch den Wirkungsgrad in einem breiten Änderungsbereich der Leistung zu steigern. Dabei wird eine allmähliche Krümmungsänderung der Schaufelarbeitsfläche sichergestellt, wodurch die Wahrscheinlichkeit vermindert wird, daß in einem diese Fläche umströmenden Gasstrom Ablösungszonen entstehen, was zu einem hohen Wirkungsgrad beiträgt.

Da die Erzeugende die Laufradachse kreuzt, kann man einen Anstellwinkel an der Schaufeleintrittskante nahe Null erhalten, was auch zu einem hohen Wirkungsgrad beiträgt.

Es ist zweckmäßig, daß sich bei der Schraubenbewegung der erwähnten Erzeugenden deren Drehwinkel um die Laufradachse proportional zum Tangens hyperbolicus einer Zahl ändert, die zum Betrag der fortschreitenden Bewegung der Erzeugenden längs der Laufradachse proportional ist.

Diese Bewegungsart der Erzeugenden trägt zur Schaffung von optimalen Bedingungen beim Schaufelumströmen durch den Gasstrom und dadurch zur Wirkungsgradsteigerung bei.

Es ist zweckmäßig, daß der Drehwinkel ϕ der Erzeugenden bei deren Schraubenbewegung von der Schaufeleintrittskante bis zu einem Punkt auf der Schaufelfläche, der von der Eintrittskante in der Richtung zur Laufradachse hin am weitesten entfernt ist, in einem Bereich von 10 bis 45° liegt. Diese Werte des ϕ-Winkels sind in Versuchen ermittelt. Bei einem ϕ-Winkel unter 10° und über 45° wird keine minimale relative Gasstromgeschwindigkeit am Einlauf des Schaufelgitters erzielt, was eine Senkung des Wirkungsgrads bewirkt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Hälfte des erfindungsgemäßen Laufrads eines Kreiselverdichters im Meridionalschnitt,

Fig. 2 eine Ansicht des Laufrads von der Eintrittskantenseite, wobei die Deckscheibe entfernt ist,

Fig. 3 eine Erzeugende, bei deren Bewegung die Schaufelarbeitsfläche gebildet wird, und

Fig. 4 eine axonometrische Darstellung der Schaufelarbeitsfläche.

Das Laufrad eines Kreiselverdichters enthält eine Tragscheibe 1 (Fig. 1, 2) und eine Deckscheibe 2. Zwischen den Innenflächen 1 a und 2 a der Scheiben 1 bzw. 2 sind Arbeitsschaufeln 3 angeordnet. Die Eintrittskanten 4 der Schaufeln 3 sind auf der Eintrittsseite des Laufrads in einer Ebene angeordnet, die zur Laufradachse senkrecht ist, die mit der Z-Achse des Koordinatensystems zusammenfällt. Die Austrittskanten 5 (Fig. 1, 4) der Schaufeln 3 befinden sich auf einer zylindrischen Fläche, deren Achse mit der Z-Achse des Laufrads zusammenfällt und deren Durchmesser dem Arbeitsdurchmesser D₂ des Laufrads gleich ist.

Die Arbeitsfläche der Schaufeln ist durch Schraubenbewegung einer Erzeugenden ABC, die über die Z-Achse des Laufrads verläuft und in einer zu genannten Achse senkrechten Ebene liegt, längs der Z-Achse und um sie herum gebildet. Diese Erzeugende ist in Fig. 3 in einem orthogonalen X-Y-Koordinatensystem dargestellt.

Der Abschnitt Ab der Erzeugenden ABC stellt einen Abschnitt einer Geraden dar, der mit dem Abschnitt BC einer Schleifenlinie im Punkt B gekoppelt ist, der einen Knotenpunkt dieser Schleifenlinie darstellt. Mit dem Ausdruck "gekoppelt ist" wird gemeint, daß der Neigungswinkel des Abschnittes AB im Punkt B dem Neigungswinkel der Tangente in bezug auf die Schleifenlinie in diesem Punkt gleich ist. Das andere Ende C des Abschnittes BC der Schleifenlinie befindet sich im Schnittpunkt der Schleifenlinie und der Kreislinie des Durchmessers D₂ mit dem Zentrum im Punkt A. Der Punkt A stellt den Anfang der Erzeugenden dar und liegt auf der Z-Achse des Laufrads, die senkrecht zur Zeichnungsebene über den Punkt A verläuft. Der übrige Teil der Schleifenlinie ist in Fig. 3 durch eine punktierte Linie dargestellt. Wie bekannt, wird eine Schleifenlinie in einem Polarkoordinatensystem durch eine Gleichung

ρ = a√ (1)

beschrieben, wobei
p den Radius-Vektor der Schleifenlinie;
a den Abstand BF zwischen dem Brennpunkt F der Schleifenlinie und deren Knotenpunkt B und
α den Polarwinkel des Radius-Vektors der Schleifenlinie bedeuten.

Die Größe "a" wird in Abhängigkeit von einem Wert des Austrittswinkel β₂ der Schaufeln und des Außendurchmessers D₂ des Laufrads gewählt. Je größer der Durchmesser D₂ und je kleiner der Winkel β₂ sind, desto größer ist "a". Das C-Ende der Schleifenlinie entspricht einem α-Winkel von wenigstens . In Fig. 3 ist die Schleifenlinie in einem orthogonalen Koordinatensystem X′-Y′ dargestellt, dessen Anfang mit dem Punkt B zusammenfällt.

Es ist eine Variante möglich, bei der die ganze Erzeugende einen Schleifenlinienabschnitt darstellt. In diesem Falle ist kein Abschnitt AB vorhanden, der Punkt liegt in der Laufradachse und fällt mit dem Punkt A zusammen.

Wie bekannt, zeichnet sich eine Schleifenlinie dadurch aus, daß ein ausgedehnter, fast geradliniger Abschnitt vorhanden ist, der im Knotenpunkt beginnt.

Wie die Schaufelarbeitsfläche gebildet ist, erläutern Fig. 2 und Fig. 4, worin durch punktierte Linie drei Stellungen A₁B₁C₁; A₂B₂C₂; A₃B₃C₃ der Erzeugenden ABC während deren Schraubenbewegung gezeigt sind. In Fig. 2 fallen die Punkte A₁, A₂ und A₃ im Punkt A zusammen.

In der Stellung A₁B₁C₁ (Fig. 4) wird die Eintrittskante 4 einer Schaufel 3 gebildet, deren Ränder durch die Innenflächen 1 a und 2 a der Tragscheibe 1 bzw. der Deckscheibe 2 begrenzt sind.

Bei der weiteren Bewegung der Erzeugenden längs der Laufradachse und um diese von den Eintrittskanten 4 weg zu den Austrittskanten 5 hin, d. h. in der Pfeilrichtung der Z-Achse (Fig. 1, 4), wird die Schaufelarbeitsfläche durch jenen Abschnitt der Erzeugenden gebildet, der durch die Innenflächen 1 a und 2 a der Tragscheibe 1 und der Deckscheibe 2 begrenzt ist. Dabei befindet sich das Ende der Erzeugenden, das von der Z-Achse am weitesten entfernt ist (Punkt C in Fig. 3 bzw. Punkte C₁, C₂, C₃ in Fig. 2 und 4) auf der erwähnten zylindrischen Fläche mit dem Durchmesser D₂.

Sobald das angegebene Ende der Erzeugenden an den von der Laufradachse entfernten Rand der Innenfläche 2 a der Deckscheibe 2 (Fig. 1) gelangt, beginnt sich die Austrittskante 5 einer Schaufel zu bilden (s. auch Fig. 3). Die Austrittskante stellt eine Linie dar, auf der Schnittpunkte der sich bewegenden Erzeugenden mit der zylindrischen Fläche des Durchmessers D₂ liegen, deren Achse mit der Z-Achse des Laufrads zusammenfällt. Ein Winkel zwischen den Geraden, die über die Austrittskante der Schaufel in einer zur Z-Achse des Laufrads senkrechten Ebene verlaufen (die eine Gerade verläuft tangential zur Schaufelfläche und die andere tangential zur besagten zylindrischen Fläche mit dem Durchmesser D₂), ist der Austrittswinkel β₂ der Schaufel. Da sich die Erzeugende immer in einer zur Z- Achse des Laufrads senkrechten Ebene befindet, hat der β₂-Winkel einen konstanten Wert auf der ganzen Länge der Austrittskante.

Wie vorstehend erwähnt, stellt das Vorhandensein eines ausgedehnten, fast geradlinigen Abschnittes am Schleifenlinienanfang eine hohe Schaufelfestigkeit im axialen Laufradbereich sicher, der eine ebene, in der Radialrichtung verlaufende Versteifungsrippe darstellt (weil die Erzeugende über die Laufradachse verläuft).

Wie vorstehend auch erwähnt, weist ein Ende des Schleifenlinienabschnittes, der ein Teil der Erzeugenden ist, eine große Krümmung auf. Dadurch kann man einen Austrittswinkel β₂ unter 90° erzielen. Dies ist in bezug auf eine Wirkungsgradsteigerung wichtig, worüber noch eingegangen wird.

Es ist auch zu bemerken, daß die Kopplung einer Schleifenlinie mit einem geraden Abschnitt in einem Knotenpunkt einen allmählichen Verlauf der Erzeugenden nicht stört. Dies ist dadurch bedingt, daß die Schleifenlinie im Knotenpunkt ebenso wie der Abschnitt einer Geraden eine Krümmung gleich Null hat.

Damit günstigere Bedingungen zum Umströmen der Schaufelflächen durch den Gasstrom geschaffen werden, ist es zweckmäßig, eine Schraubenbewegung der Erzeugenden längs der Laufradachse und um diese Achse derart zu gestalten, daß sich der Drehwinkel der Erzeugenden um die Z- Achse bei ihrer Schraubenbewegung proportional zum Tangens hyperbolions einer Zahl ändert, die zum Betrag der fortschreitenden Bewegung der Erzeugenden längs der Laufradachse proportional ist, d. h.

ϕ = Ath[BZ] (2)

wobei
ϕ der Drehwinkel der Erzeugenden um die Laufradachse; Z der Betrag der fortschreitenden Bewegung der Erzeugenden längs der Laufradachse;
A und B Faktoren, die von einem Verhältnis der Laufraddimensionen, des Eintrittswinkels der Schaufel und des Neigungswinkels γ (s. Fig. 4) der Austrittskante in einer Ebene abhängen, die senkrecht zur Laufradachse über einen Punkt verläuft, der von der Eintrittskante der Schaufel am weitesten entfernt ist, bedeuten.

Es ist zweckmäßig, daß der Drehwinkel ϕ (Fig. 2) der Erzeugenden bei deren Schraubenbewegung von der Eintrittskante 4 der Schaufel bis zum Schnittpunkt der Austrittskante 5 mit dem von der Z-Achse am weitesten entfernten Rand der Innenfläche 1 a der Tragscheibe 1 in einem Bereich von 10 bis 45° liegt. Diese Grenzwerte des ϕ- Winkels sind in Versuchen ermittelt und entsprechen der minimalen relativen Gasstromgeschwindigkeit am Einlauf des Schaufelgitters. Die minimale relative Gasstromgeschwindigkeit bedingt eine Verminderung der Reibungsverluste und folglich einen Anstieg des Wirkungsgrades. Bei einem ϕ-Winkel unter 10° nimmt die Gasstromgeschwindigkeit im Vergleich mit der minimalen infolge Steigerung der Absolutgeschwindigkeit wegen einer starken Verkleinerung des Einlaufquerschnittes des Laufrads zu. Bei einem ϕ-Winkel über 45° nimmt die relative Gasstromgeschwindigkeit infolge einer großen Steigerung der Umfangsgeschwindigkeit auch stark zu. All dies bewirkt eine starke Verschlechterung des Wirkungsgrades außerhalb des angegebenen ϕ-Winkelbereichs.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Laufrads eines Kreiselverdichters ist wie folgt:

Bei einem Gasanströmen an die Eintrittskanten 4 der Schaufeln 3 findet deren Wechselwirkung mit dem Gasstrom derart statt, daß eine auf Gas übertragene mechanische Energie des Laufradantriebs in eine Potentialenergie des Gasdrucks transformiert wird.

Der Gasstrom gelangt ins Schaufelgitter des Laufrads und umströmt die Schaufeleintrittskanten. Wenn man das Laufrad der erfindungsgemäßen Bauart anwendet, kann man am Laufradeintritt einen Anströmwinkel nahe Null erhalten, d. h. ein schlagfreies Gasanströmen an die Eintrittskanten der Schaufeln erzielen und dadurch den Verdichterwirkungsgrad vergrößern.

Es ist bekannt, daß ein Anströmwinkel i = β-β₁, bei β den Winkel zwischen einem Vektor der relativen Gasstromgeschwindigkeit am Einlauf eines Schaufelgitters und einem Vektor der Schaufelumfangsgeschwindigkeit in einem Punkt auf der Schaufeleintrittskante bedeutet. Der β- Winkel wird durch einen Wert der Umfangsgeschwindigkeit bestimmt, der vom Abstand dieses Punktes von der Laufradachse abhängt. Aus dem Geschwindigkeitsdreieck folgt, daß tgβ zum erwähnten Abstand zwischen der Laufradachse und einem Punkt auf der Schaufeleintrittskante umgekehrt proportional ist. Unter dem β₁-Winkel wird ein Winkel zwischen einem Vektor der Umfangsgeschwindigkeit in diesem Punkt auf der Schaufeleintrittskante und einer Tangente zur Schaufelfläche in diesem Punkt verstanden, die senkrecht zum Laufradradius verläuft. Es kann gezeigt werden, daß, falls die Erzeugende bei der Bildung der Arbeitsfläche einer Schaufel immer über die Laufradachse senkrecht zu dieser Achse verläuft, sich auch umgekehrt proportional zum Abstand dieses Punktes auf der Schaufeleintrittskante von der Laufradachse ändert. Durch Wahl der Drehzahl der die Schaufelfläche bildenden Erzeugenden nahe der Eintrittskante kann man eine Gleichheit der Winkel β und β₁ und folglich einen Anströmwinkel gleich Null auf der ganzen Länge der Schaufeleintrittskante sicherstellen.

Wenn der Gasstrom längs des Schaufelgitters verläuft, findet eine stoßfreie Umströmung der Arbeitsflächen der Schaufeln 3 durch den Gasstrom statt. Dies wird durch eine allmähliche Krümmungsänderung der Erzeugenden bedingt, die einen Schleifenlinienabschnitt bzw. eine Kombination eines solchen Abschnittes mit einem geraden Abschnitt darstellt, der mit der Schleifenlinie allmählich gekoppelt ist, wie es vorstehend angegeben ist. Der Gasstrom entströmt dem Schaufelgitter tangential zur Schaufelfläche. Da der Austrittswinkel β₂ der Schaufeln unter 90° gehalten wird, wird die Verdichterleistung beim maximalen Wirkungsgrad jene Leistung bedeutend überschreiten, bei der ein Pumpen beginnt. Dadurch kann man dieses Laufrad in einem weiten Bereich der Leistungsänderung in stationären Kreiselverdichtern einsetzen.

Die vorteilhaftesten Bedingungen für den Durchgang des Gasstroms längs der Schaufelflächen werden dann gewährleistet, wenn der Drehwinkel der Erzeugenden in Übereinstimmung mit dem vorstehend angegebenen Ausdruck (2) geändert wird. Der in diesem Ausdruck enthaltene Tangens hyperbolicus stellt eine Funktion dar, die sich am Anfangsabschnitt nach einem annähernd linearen Gesetz ändert, d. h. an diesem Abschnitt die Drehzahl der Erzeugenden um die Laufradachse konstant ist. Dadurch wird in gleichmäßiger Anstieg des Druckgradienten im Gasstrom bedingt, der die Schaufeln im axialen Laufradbereich umströmt. Wie man in Versuchen festgestellt hat, macht ein gleichmäßiger Anstieg des Druckgradienten bei einer Gasbewegung in der Axialrichtung die Möglichkeit einer Gasstromablösung von der Schaufelfläche minimal, wodurch der Wirkungsgrad gesteigert wird. Des weiteren weicht die Funktion des Tangens hyperboliens von der geradlinigen Abhängigkeit ab und nähert sich dann asymptotisch einem konstanten Wert. Diesem Umstand entspricht eine kleinere Drehzahl der Erzeugenden um die Laufradachse bei deren Annäherung zur Schaufelaustrittskante. Infolgedessen wird die Schaufelfläche im radialen Laufradbereich die Innenfläche 1 a der Tragscheibe unter einem Winkel nahe 90° kreuzen, wodurch eine Gasstromreibung mit der Schaufel vermindert und der Wirkungsgrad gesteigert wird. Auf diese Weise bringt die Bewegung der Erzeugenden nach dem angegebenen Gesetz noch günstigere Bedingungen für den Durchlauf des Gasstroms über die Schaufelfläche und eine zusätzliche Wirkungsgradsteigerung mit sich.

Das erfindungsgemäße Laufrad kann man entweder nach den bekannten Präzisionsgußverfahren oder durch spanlose Formung von Schaufeln und deren nachfolgendes Anschweißen an Trag- und Deckscheiben herstellen.

Claims

1. Laufrad eines Kreiselverdichters mit

- einer Tragscheibe (1) und mit
- an der Tragscheibe (1) angebrachten Schaufeln, deren Eintrittskanten (4) in einer zur Achse (Z) des Laufrads senkrechten Ebene und deren Austrittskanten (5) auf einer Zylinderfläche liegen, deren Achse mit der Achse (Z) des Laufrads zusammenfällt, wobei die Arbeitsfläche jeder Schaufel durch eine Schraubenbewegung einer Erzeugenden (ABC) längs der Achse (Z) des Laufrads und um diese Achse gebildet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Anfang der Erzeugenden (ABC) auf der Achse (Z) des Laufrads liegt und
- wenigstens ein Teil der Erzeugenden einen Abschnitt (BC) einer Schleifenlinie darstellt, dessen Ende (B), das der Achse (Z) des Laufrads zugekehrt ist, den Knotenpunkt (B) der Schleifenlinie darstellt und
- der andere Teil der Erzeugenden (ABC), falls der Abschnitt (BC) der Schleifenlinie nur ein Teil dieser Linie ist, einen Abschnitt (AB) einer Geraden darstellt, dessen eines Ende (B) mit dem Abschnitt (BC) der Schleifenlinie in deren angegebenem Knotenpunkt (B) gekoppelt und das andere Ende (A) des Abschnittes (AB der Geraden der Anfang der Erzeugenden ist.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei der Schraubenbewegung der Erzeugenden (ABC) deren Drehwinkel um die Achse (Z) des Laufrads proportional zum Tangens hyperbolicus einer Zahl ändert, die zum Betrag der fortschreitenden Bewegung der Erzeugenden (ABC) längs der Achse (Z) proportional ist.

3. Laufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel der Erzeugenden (ABC) bei deren Schraubenbewegung von der Eintrittskante (4) in der Richtung zur Achse (Z) des Laufrads hin am weitesten entfernten Punkt auf der Fläche der Schaufel (3) in einem Bereich von 10 bis 45° liegt.