DE3835622C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Diffusor für einen Radial­ verdichter mit einem um eine Achse drehbaren Laufrad mit Laufradschaufeln, einem das Laufrad radial im Abstand umgebenden ringförmigen Sammler, der wenigstens eine Druckgas-Austrittsöffnung aufweist, wobei in dem ring­ förmigen Sammler eine radial innen liegende erste Stufe aus einer Mehrzahl von radial inneren Diffusorschaufeln und eine radial außen liegende zweite Stufe aus einer Mehrzahl von radial äußeren Diffusorschaufeln angeordnet ist, die jeweils mit einer entsprechenden inneren Diffu­ sorschaufel ausgerichtet sind, wobei jede Diffusorschaufel eine Vorderkante und eine Rückkante hat.

Einen derartigen Diffusor zeigt die US-PS 35 88 270. Er dient im wesentlichen zur Umwandlung des Staudrucks in nutzbares Gefälle. Dabei war man bemüht, die insbesondere durch Grenzschicht-Ablösung bedingten Verluste zu verrin­ gern, um einen besseren Wirkungsgrad zu erzielen. Dieses Ziel versuchte man dadurch zu erreichen, daß man die Schaufeln des Diffusors in zwei oder mehreren Reihen an­ ordnete. Eine befriedigende Lösung des Problems war da­ durch aber nicht erreichbar.

Wie aus dem Aufsatz "Der superkritische Flügel" in den VDI-Nachrichten vom 3.9.1976 hervorgeht, hat man im Flug­ zeugbau schon vorgeschlagen, bei superkritischer Strömung ein superkritisches Tragflügelprofil vorzusehen, wodurch ein schwächerer Verdichtungsstoß und damit infolge ver­ minderter Grenzschicht-Ablösung eine Verringerung der Verluste eintritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Diffusor für einen Radialverdichter der eingangs geschilderten Art dahingehend zu verbessern, daß durch weitere Verringerung der Verluste eine Verbesserung des Wirkungsgrades ohne Vergrößerung der radialen Länge des Diffusors erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Anspruch 1 gekenn­ zeichneten Merkmale.

Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige weitere Ausbil­ dung.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Diffusors läßt sich eine optimale Grenzschichtbeeinflussung bei gleich­ zeitiger Verkürzung der radialen Länge des Diffusors er­ zielen. Die Verringerung der Stoßwellen bewirkt, daß die Luftströmung an den Ober- und Unterflächen der Diffusor­ schaufeln aufrechterhalten wird, wodurch ein größerer Oberflächenbereich der Schaufeln genutzt werden kann. Ins­ gesamt stellt sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades ein.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Radialverdichter nach der Erfindung; und

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht von zwei in einem Diffusor verwendeten Schaufeln.

Nach Fig. 1 hat der Fliehkraft-Radialverdichter von Fig. 1 ein Laufrad 10, das auf einer Welle 12 in Pfeilrichtung 14 drehbar gelagert ist. Die Welle 12 wird von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben, und der Verdichter hat einen Einlaß für das zu verdichtende Gas, wobei dieser Einlaß mit der Rotationsachse der Welle 12 koaxial ist.

Das Laufrad 10 hat mehrere Laufradschaufeln 16, die nach radial außen verlaufen und in ganz außen liegenden Aus­ strömkanten 18 enden. Es ist besonders zu beachten, daß die Auslegung der Laufradschaufeln 16 und der Ausström­ kanten 18 konventionell sein kann und keinen Teil der Erfindung bildet.

Ein ringförmiger Sammler 20 ist radial außerhalb des Laufrads 10 dieses umgebend und davon beabstandet vorge­ sehen. Der Sammler 20 kann von konventioneller Bauart sein und umfaßt gemäß Fig. 1 eine konventionelle Schnecke 22, die sich zum Laufrad 10 hin öffnet und in einer Druckgas- Austrittsöffnung 24 endet.

Zwischen dem Laufrad 10 und dem Sammler 20 ist ein ring­ förmiger Diffusor 26 vorgesehen. Dieser kann wenigstens eine im wesentlichen kreisrunde Platte 28 aufweisen, auf der eine erste Stufe Diffusorschaufeln 30 in einer radial inneren Lage angrenzend an die Ausströmkanten 18 der Lauf­ radschaufeln 16 befestigt ist. Auf der Platte 28 ist fer­ ner eine zweite Stufe Diffusorschaufeln 32 befestigt, die radial außerhalb der ersten Stufe 30 liegen und mit jewei­ ligen Diffusorschaufeln 30 der ersten Stufe ausgerichtet sind.

Die Diffusorschaufeln 30 und bevorzugt auch die Diffusor­ schaufeln 32 haben Querschnitte, die als überkritische aerodynamische Körper bzw. überkritische Flügel ausgelegt sind. Der Ausdruck "überkritischer Flügel" wird hier im konventionellen Sinn verwendet und bezieht sich auf einen Flügel, der charakteristisch eine sehr geringe Wölbung im vorderen Teil und eine starke Wölbung im hinteren Teil aufweist.

Die Diffusorschaufeln 30 haben Hochdruckseiten 34, während die Diffusorschaufeln 32 Hochdruckseiten 36 aufweisen. Ferner haben die Diffusorschaufeln 30 Niederdruckseiten 38, und die Diffusorschaufeln 32 haben Niederdruckseiten 40. Im vorliegenden Zusammenhang ist die Niederdruckseite diejenige Seite, die dem geringsten Druck ausgesetzt wäre, wenn die Schaufeln als Flügel eingesetzt würden.

Wo die Flächen 34 und 38 der Diffusorschaufeln 30 zusam­ menlaufen, sind Vorderkanten 42 und Rückkanten 44 relativ zur Richtung der vom Laufrad 12 kommenden Strömung gebil­ det. Die Diffusorschaufeln 32 haben ebenfalls Vorderkanten 46 und Rückkanten 48, und aus der Zeichnung ist ersicht­ lich, daß die Vorderkanten 46 der Diffusorschaufeln 32 der zweiten Stufe in Gasströmungsrichtung (Pfeile 50 in Fig. 2) vor den Rückkanten 44 der entsprechenden Diffusorschau­ feln 30 der ersten Stufe liegen. Die Vorderkanten 46 sind ferner von den Rückkanten 44 geringfügig beabstandet, und infolgedessen werden an diesen Stellen Hochgeschwindig­ keitsstrahldüsen 52 für das verdichtete Gas gebildet.

Die Tatsache, daß die Stoßwellen verringert werden, trägt dazu bei, den Luftstrom an den Flächen 34, 36, 38, 40 auf­ rechtzuerhalten, wodurch ein größerer Prozentsatz des Oberflächenbereichs der Diffusorschaufeln 30 und 32 im Sinn eines verbesserten Wirkungsgrads genützt wird. Ebenso tragen die Gasstrahldüsen 52 zur Aufrechterhaltung des Luftstroms an der Oberfläche der Schaufeln 32 bei, so daß die Schaufelfläche wirksamer genützt wird, was die oben erwähnte relativ geringe radiale Länge ermöglicht.

Claims (4)

1. Diffusor für einen Radialverdichter mit einem um eine Achse drehbaren Laufrad mit Laufradschau­ feln,
einem das Laufrad radial im Abstand umgebenden ringför­ migen Sammler, der wenigstens eine Druckgas-Austritts­ öffnung aufweist, wobei in dem ringförmigen Sammler ei­ ne radial innen liegende erste Stufe aus einer Mehrzahl von radial inneren Diffusorschaufeln und eine radial außen liegende zweite Stufe aus einer Mehrzahl von ra­ dial äußeren Diffusorschaufeln angeordnet ist, die je­ weils mit einer entsprechenden inneren Diffusorschaufel ausgerichtet sind, wobei jede Diffusorschaufel eine Vorderkante und eine Rückkante hat, dadurch gekennzeichnet,

• - daß wenigstens die Diffusorschaufeln (30) der ersten Stufe Querschnitte haben, die als überkritische Flü­ gel ausgelegt sind, und
• - daß die Rückkanten (44) der Diffusorschaufeln (30) der ersten Stufe von den Vorderkanten (46) der Diffu­ sorschaufeln (32) der zweiten Stufe so angeordnet sind, daß Hochgeschwindigkeitsstrahldüsen (52) defi­ niert sind.

2. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusorschaufeln (30, 32) beider Stufen Quer­ schnitte haben, die als überkritische Flügel ausgelegt sind.

3. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als überkritische Flügel ausgelegten Diffusor­ schaufeln (30) der ersten Stufe Querschnitte haben, die so angeordnet sind, daß ihre Hochdruckflächen (34) radial außerhalb ihrer Niederdruckflächen (38) liegen.

4. Diffusor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als überkritische Flügel ausgelegten Diffusor­ schaufeln (32) der zweiten Stufe Querschnitte haben, die so angeordnet sind, daß ihre Hochdruckflächen (36) radial außerhalb ihrer Niederdruckflächen (40) liegen.