DE3926152A1 - Blade configuration in radial compressor - involves method of setting inclination of guide blades - Google Patents

Blade configuration in radial compressor - involves method of setting inclination of guide blades

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Abstract

The radial compressor has the guide blades (9) of the diffusor (6) inclined in a zone (Zi) against the radial direction (R). The guide blades (10 10') in a zone (Za) have an increasing inclination against the radial direction. The cavity (12) is formed approximately mirror-symmetric to a plane (R') containing the impeller axis (A) and the flow exit (13) is oriented vertically to the impeller axis. USE/ADVANTAGE - Radial compressor which avoids troublesome torque moments in operation and improves energy recovery from the flow.

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialkompressor mit einem radial durchströmten Laufrad und einem ringförmigen, das Laufrad peripher umgebenden stationären Diffusor mit Leitschaufeln und einem die Leitschaufeln umgebenden Umlenkraum zur Lenkung der aus dem Laufrad austretenden Strömung zu einem Strömungsaustritt.The invention relates to a radial compressor with a radial impeller and an annular, the impeller peripherally surrounding stationary diffuser with guide vanes and one the guide vanes surrounding deflection chamber for directing the from the impeller emerging flow to a flow exit.

Solche Radialkompressoren sind beispielsweise aus der CH 6 63 447 bekannt. Dabei dienen der das Laufrad umgebende Diffusor und dessen Leitschaufeln zur Umwandlung der Strömungsenergie am peripheren Austritt des Laufrades in Druck mit möglichst geringem Verlust. Bei diesen vorbekannten Radialkomkpressoren sind die Leitschaufeln des Diffusors etwa in Achsenrichtung des Laufrades, jedoch geneigt zur Radialrichtung orientiert. Dabei nimmt die Neigung dieser Leitschaufeln von der Innenzone am Austritt des Laufrades zur Außenzone hin ständig zu, so daß die aus dem Laufrad am Außenrand mit radialer Komponente austretende Strömung eine zunehmende periphere Komponente, d. h. einen zunehmenden Drall erhält und tangential in den außen an die Leitschaufeln anschließenden Umlenkraum geführt wird. Dieser Umlenkraum ist entsprechend spiralförmig und sich in Strömungsrichtung ständig erweiternd gestaltet und weist einen tangential orientierten Strömungsaustritt auf.Such radial compressors are for example from the CH 6 63 447 known. The impeller serves surrounding diffuser and its guide vanes for Conversion of the flow energy at the peripheral outlet the impeller in pressure with as little loss as possible. These are known radial compressors Guide vanes of the diffuser approximately in the axial direction of the Impeller, but inclined to the radial direction oriented. The inclination decreases  Guide vanes from the inner zone at the outlet of the Impeller to the outer zone constantly so that the from the impeller on the outer edge with radial component emerging flow an increasing peripheral Component, d. H. receives an increasing swirl and tangential to the outside of the guide vanes subsequent deflection space is guided. This The deflection space is correspondingly spiral and in Flow direction designed and expanding has a tangentially oriented flow outlet on.

Nachteilig ist hierbei zunächst, daß infolge der tangentialen Anordnung des Strömungsaustritts ein bei großen Maschinen erhebliches Drehmoment verursacht durch Stutzenkräfte auftreten kann, welches auf das Fundament und auf andere mit dem Kompressor verbundene Anlagenteile infolge Hebelwirkung eine störende unsymmetrische Beanspruchung ausübt. Insbesondere ist es jedoch nachteilig, daß ein langer, sich allmählich verbreiternder Austrittsstutzen an der Austrittsspirale vorgesehen sein muß, um eine genügende Verzögerung zum Druckgewinn und damit eine hinreichende Energierückgewinnung zu erhalten, was die Baulänge vergrößert. Vor allem aber wird bei diesen vorbekannten Diffusoren mit spiralförmigem Umlenkraum lediglich die tangentiale Strömungskomponente in der Spirale gesammelt und der Energierückgewinnung zugeführt, während die radiale Komponente lediglich zur Verwirbelung und Drallerzeugung führt und dessen Energie damit verloren geht.The disadvantage here is that due to the tangential arrangement of the flow outlet at large machines causes considerable torque can occur through support forces, which on the Foundation and others connected to the compressor Plant parts due to leverage an annoying exerts asymmetrical stress. In particular is however, it is disadvantageous that a long, gradual widening outlet nozzle at the outlet spiral must be provided for a sufficient delay to Pressure gain and thus a sufficient Get energy recovery whatever the length enlarged. But above all, with these previously known diffusers with a spiral deflection space only the tangential flow component in the Spiral collected and energy recovery fed, while the radial component only for Leads to turbulence and swirl and its Energy is lost.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die genannten Nachteile vorbekannter Radialkompressoren zu vermeiden und insbesondere bei Radialkompressoren der eingangs genannten Art störende Drehmomente im Betrieb zu vermeiden und die Energierückgewinnung aus der Strömung zu verbessern.The invention sets itself the task of those mentioned To avoid disadvantages of known radial compressors and especially in the case of radial compressors mentioned type of disruptive torques during operation avoid and recover energy from the flow to improve.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Leitschaufeln des Diffusors in einer inneren, an das Laufrad anschließenden Zone gegen die Radialrichtung geneigt sind, daß die Leitschaufeln in einer außen anschließenden Zone eine abnehmende Neigung gegen die Radialrichtung aufweisen und am Außenumfang wenigstens angenähert in Radialrichtung orientiert sind, daß der Umlenkraum angenähert spiegelsymmetrisch bezüglich einer die Laufradachse enthaltenen Ebene ausgebildet ist, und daß der Strömungsaustritt aus dem Umlenkraum in Radialrichtung senkrecht zur Laufradachse orientiert ist.According to the invention, this object is achieved by that the guide vanes of the diffuser in an inner, zone adjacent to the impeller against the Radially inclined that the guide vanes in in a zone adjacent to the outside, a decreasing zone Have inclination against the radial direction and on Outer circumference at least approximately in the radial direction are oriented that the deflection space approximated mirror-symmetrical with respect to the impeller axis contained level is formed, and that the Flow exit from the deflection chamber in the radial direction is oriented perpendicular to the impeller axis.

Bei einer solchen Anordnung wird ausgenützt, daß die Strömung am Außenrand des Diffusors vorzugsweise radial verläuft und die Verzögerung der radialen Strömung bereits in dem die Leitschaufeln des Diffusors umgebenden Umlenkraum stattfindet. Da hierbei nahezu keine tangentiale Strömungskomponente auftritt, wird nahezu die gesamte Strömungsenergie zur Energie­ rückgewinnung genutzt. Daher ist kein verlängerter Austrittsstutzen zur Verzögerung erforderlich. Da außerdem der Strömungsaustritt rein radial orientiert ist, anstatt tangential, wird ein Drehmoment im Betrieb von vornherein vermieden.Such an arrangement takes advantage of the fact that the Flow on the outer edge of the diffuser is preferred radial and the delay of radial Flow already in the diffuser guide vanes surrounding deflection space takes place. Because here almost no tangential flow component occurs almost the entire flow energy to energy recovery used. Therefore, it is not an extended one Outlet nozzle required for delay. There in addition, the flow outlet is oriented purely radially instead of tangential, a torque is in operation avoided from the outset.

Die Erfindung wird anhand der in den beiliegenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on the in the accompanying Figures illustrated embodiments closer explained. Show it:

Fig. 1 einen Radialkompressor im Axialschnitt, und Fig. 1 shows a radial compressor in axial section, and

Fig. 2 einen Schnitt in einer Ebene senkrecht zur Laufradachse durch den Diffusor und Umlenkraum. Fig. 2 shows a section in a plane perpendicular to the impeller axis through the diffuser and deflection space.

Bei dem in den Figuren in zwei zueinander senkrechten Schnittebenen dargestellten Radialkompressor läuft in einem Gehäuse 1 ein Laufrad 2 um, dessen Welle von einem Motor 3 angetrieben wird und dessen Lauf­ schaufeln 4 ein durch den Eintritt 5 axial eintretendes, zu komprimierendes Gas in Radialrichtung R nach außen beschleunigen.In the radial compressor shown in the figures in two mutually perpendicular sectional planes, an impeller 2 rotates in a housing 1 , the shaft of which is driven by a motor 3 and the rotor blades 4 of which gas to be compressed in the radial direction R by the inlet 5 and to be compressed accelerate outside.

Das Laufrad ist an seinem Außenrand von einem Diffusor 6 umgeben, welcher zwei zur Achse A des Laufrades senkrechte Platten 7 und 8 aufweist, zwischen denen eine Anzahl von parallel zur Achsenrichtung A orientierte Leitschaufeln 9, 10 angeordnet sind. Diese Leitschaufeln sind in ihrem inneren Teil 9, in einer an den Außenkranz des Laufrades 2 bzw. der Laufschaufeln 4 anschließenden Zone Zi zur Radialrichtung R geneigt, und zwar etwa entsprechend der Richtung der aus dem Laufrad austretenden Strömung. Dagegen ist der äußere Teil 10 der Leitschaufeln in der sich außen anschließenden Zone Za des Diffusors so gestaltet, daß die Neigung der Leitschaufeln 10 gegen die Radialrichtung R nach außen allmählich abninmt und am Ausßenrand 11 des Diffusors wenigstens angenähert Null ist, d. h. daß die äußeren Enden der Laufschaufeln 10 praktisch in Radialrichtung R orientiert sind. Damit wird erreicht, daß die aus dem Diffusor am äußeren Rand 11 austretende Strömung über den gesamten Umfang angenähert radial gerichtet ist, ohne wesentliche tangentiale Komponente.The impeller is surrounded on its outer edge by a diffuser 6 , which has two plates 7 and 8 perpendicular to the axis A of the impeller, between which a number of guide vanes 9 , 10 oriented parallel to the axis direction A are arranged. These guide vanes are inclined in their inner part 9 , in a zone Z i adjoining the outer rim of the impeller 2 or the rotor blades 4 , in relation to the radial direction R, approximately in accordance with the direction of the flow emerging from the impeller. In contrast, the outer part 10 of the guide vanes in the adjoining zone Z a of the diffuser is designed such that the inclination of the guide vanes 10 towards the radial direction R gradually decreases towards the outside and is at least approximately zero at the outer edge 11 of the diffuser, ie that the outer Ends of the blades 10 are practically oriented in the radial direction R. It is thereby achieved that the flow emerging from the diffuser on the outer edge 11 is approximately radially directed over the entire circumference, without an essential tangential component.

Der Diffusor 6 ist außen von einem vorzugsweise torusförmigen oder zylinderringförmigen Umlenkraum 12 umgeben, in den das durch das Laufrad beschleunigte und durch die Leitschaufeln 9 und 10 in ihrer Richtung gelenkte Gas einströmt und sich bei der Radialbewegung nach außen verzögert. Der Umlenkraum 12 ist bezüglich einer zur Achse A des Laufrades und des Diffusors senkrechten Ebene R′ spiegelsymmetrisch ausgebildet. An einer Seite des Gehäuses mündet der Umlenkraum 12 in einen Strömungsaustritt 13, welcher rein radial orientiert ist. Diese Anordnung bewirkt, daß das radial in den Umlenkraum 12 einströmende Gas nach weitgehender Verzögerung an beiden Seiten symmetrisch zueinander entlang den Wänden des ringförmigen Umlenkraumes 12 in Richtung zum Strömungsaustritt 13 gelenkt wird. Zur Trennung der Strömungen beidseits der Symmetrieebene können im Umlenkraum 12 flügelartige Wände 14 vorgesehen sein, welche sich in der Symmetrieebene in Richtung zum Strömungsaustritt 13 und in Gegenrichtung erstrecken. Gegebenenfalls kann auf diese Flügel jedoch auch verzichtet werden. The diffuser 6 is surrounded on the outside by a preferably toroidal or cylindrical ring-shaped deflection space 12 , into which the gas accelerated by the impeller and directed in its direction by the guide vanes 9 and 10 flows and is decelerated outward during the radial movement. The deflection chamber 12 is mirror-symmetrical with respect to a plane R 'perpendicular to the axis A of the impeller and the diffuser. On one side of the housing, the deflection space 12 opens into a flow outlet 13 , which is oriented purely radially. This arrangement has the effect that the gas flowing radially into the deflection space 12 is guided symmetrically to one another along the walls of the annular deflection space 12 towards the flow outlet 13 after extensive deceleration. To separate the flows on both sides of the plane of symmetry, wing-like walls 14 can be provided in the deflection space 12 , which extend in the plane of symmetry in the direction of the flow outlet 13 and in the opposite direction. If necessary, these wings can also be dispensed with.

Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, daß die Strömung aus dem Diffusor im wesentlichen ohne tangentiale Komponente austritt, daß die vorzugsweise radial gerichtete Strömung unmittelbar nach dem Diffusor im Umlenkraum umgelenkt und verzögert wird, und daß das sich bereits langsam bewegende Gas in einer symmetrischen Strömung zu einem rein radial orientierten Strömungsaustritt fließt. Dies hat zur Folge, daß die Energierückgewinnung aus der Strömung markant verbessert ist, da praktisch kaum Strömungs­ anteile als Wirbelverluste verloren gehen. Die Verzögerung und Sammlung des ausströmenden Gases erfolgt auf möglichst kurzem Wege, so dass kein verlängerter Austrittsstutzen erforderlich ist. Zudem werden durch die symmetrische Strömung und den radial orientierten Strömungsaustritt Drehmomente im Betrieb von vornherein vermieden.The arrangement described ensures that the flow from the diffuser is essentially without tangential component emerges that the preferred radially directed flow immediately after the Diffuser in the deflection space is deflected and decelerated, and that the already slowly moving gas in a symmetrical flow to a purely radial oriented flow exit flows. This has to Consequence that the energy recovery from the flow is markedly improved since there is hardly any flow shares are lost as vortex losses. The Delay and collection of the escaping gas takes place in the shortest possible way, so that no extended outlet nozzle is required. In addition are due to the symmetrical flow and the radial oriented flow exit torques during operation avoided from the outset.

Zur Erreichung einer optimalen Energierückgewinnung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Abmessungen der inneren und der äußeren Leitschaufelzone 9 bzw. 10 des Diffusors so zu wählen, daß der Außendurchmesser Di der inneren Zone etwa das 1,3- bis 1,7fache des Laufraddurchmessers Dr, der Außendurchmesser Da der äußeren Zone 10 etwa das 1,7- bis 2,5fache des Laufraddurchmessers Dr, und der Außendurchmesser De des Umlenkraumes etwa das 2,3- bis 3fache des Laufraddurchmessers Dr beträgt.In order to achieve optimal energy recovery, it has proven to be expedient to choose the dimensions of the inner and outer guide vane zones 9 and 10 of the diffuser such that the outer diameter D i of the inner zone is approximately 1.3 to 1.7 times the impeller diameter D r , the outer diameter D a of the outer zone 10 is approximately 1.7 to 2.5 times the impeller diameter D r , and the outer diameter D e of the deflection space is approximately 2.3 to 3 times the impeller diameter D r .

Die inneren Leitschaufeln 9 und die äußeren Leit­ schaufeln 10 können als voneinander getrennte Schaufelreihen ausgeführt sein. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenigstens einen Teil der äußeren Schaufeln 10 mit entsprechenden inneren Schaufeln 9 in einem Stück auszuführen. Die Anzahl der äußeren Schaufeln kann von der der inneren Schaufeln verschieden sein, z. B. in der Außenzone Za größer als in der Innenzone Zi. Vorteilhaft ist es, wie in Fig. 2 gezeigt, wenn ein Teil der Leitschaufeln einstückig die innere Zone Di und äußere Zone Da durchsetzt, wobei sich in der äußeren Zone Da zwischen diesen langen Leitschaufeln 10 kürzere Leitschaufeln 10′ befinden.The inner guide vanes 9 and the outer guide vanes 10 can be designed as separate rows of blades. However, it can also be advantageous to design at least part of the outer blades 10 with corresponding inner blades 9 in one piece. The number of outer blades may differ from that of the inner blades, e.g. B. in the outer zone Z a larger than in the inner zone Z i . It is advantageous, as shown in Fig. 2, when a part of the guide vanes integrally passes through the inner zone D i and outer zone D a , with 10 shorter guide vanes 10 'located in the outer zone D a between these long guide vanes.

Um eine optimale Strömungsverzögerung und Energie­ rückgewinnung zu erreichen, ist die Breite B des Umlenkraumes 12 in Achsenrichtung größer als die Breite b des Diffusors 6.In order to achieve optimal flow deceleration and energy recovery, the width B of the deflection space 12 in the axial direction is greater than the width b of the diffuser 6 .

Claims (8)

1. Radialkompressor mit einem radialdurchströmten Laufrad (4) und einem ringförmigen, das Laufrad (4) peripher umgebenden stationären Diffusor (6) mit Leitschaufeln (9, 10) und einem die Leitschaufeln umgebenden Umlenkraum (12) zur Lenkung der aus dem Laufrad (2) austretenden Strömung zu einem Strömungsaustritt (13), dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (9) des Diffusors (6) in einer inneren an das Laufrad (2) anschließenden Zone (Zi) gegen die Radialrichtung (R) geneigt sind, daß die Leitschaufeln (10, 10′) in einer außen anschließenden Zone (Za) eine abnehmende Neigung gegen die Radialrichtung (R) aufweisen und am Außenumfang (11) wenigstens angenähert in Radialrichtung (R) orientiert sind, daß der Umlenkraum (12) angenähert spiegelsymmetrisch bezüglich einer die Laufradachse (A) enthaltenden Ebene (R′) ausgebildet ist, und daß der Strömungsaustritt (13) aus dem Umlenkraum (12) in Radialrichtung (R) senkrecht zur Laufradachse orientiert ist.1. Radial compressor with a radially flow-through impeller ( 4 ) and an annular stationary diffuser ( 6 ) surrounding the impeller ( 4 ) peripherally with guide vanes ( 9 , 10 ) and a deflection space ( 12 ) surrounding the guide vanes for guiding the impeller ( 2 ) emerging flow to a flow outlet ( 13 ), characterized in that the guide vanes ( 9 ) of the diffuser ( 6 ) in an inner zone (Z i ) adjoining the impeller ( 2 ) are inclined against the radial direction (R) such that the Guide vanes ( 10 , 10 ') in an adjacent zone (Z a ) have a decreasing inclination towards the radial direction (R) and are oriented at least approximately in the radial direction (R) on the outer circumference ( 11 ) that the deflection space ( 12 ) is approximately mirror-symmetrical is formed with respect to a plane (R ') containing the impeller axis (A), and that the flow outlet ( 13 ) from the deflection space ( 12 ) in the radial direction (R) perpendicular to the impeller adax is oriented. 2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Leitschaufeln (10) der äußeren Zone (Za) des Diffusors (6) mit entsprechenden Leitschaufeln (9) der inneren Zone (Zi) einstückig ausgebildet ist. 2. Compressor according to claim 1, characterized in that at least part of the guide vanes ( 10 ) of the outer zone (Z a ) of the diffuser ( 6 ) with corresponding guide vanes ( 9 ) of the inner zone (Z i ) is integrally formed. 3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen den einstückig ausgebildeten Leitschaufeln (9, 10) weitere Leitschaufeln (10′) angeordnet sind, welche sich nur in der äußeren Zone (Za) des Diffusors (6) erstrecken.3. A compressor according to claim 2, characterized in that between the integrally formed guide vanes ( 9 , 10 ) further guide vanes ( 10 ') are arranged, which extend only in the outer zone (Z a ) of the diffuser ( 6 ). 4. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußre Durchmesser (Di) der inneren Leitschaufelzone (9) das 1,3- bis 1,7fache des Laufraddurchmessers (Dr) beträgt.4. Compressor according to one of claims 1-3, characterized in that the outer diameter (D i ) of the inner guide vane zone ( 9 ) is 1.3 to 1.7 times the impeller diameter (D r ). 5. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausßendurchmesser (Da) der äußeren Leitschaufelzone (10) das 1,7- bis 2,5fache des Laufraddurchmessers (Dr) beträgt.5. Compressor according to one of claims 1-4, characterized in that the outer diameter (D a ) of the outer guide vane zone ( 10 ) is 1.7 to 2.5 times the impeller diameter (D r ). 6. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (De) des Umlenkraumes (12) das 2,3- bis 3fache des Laufraddurchmessers (Dr) beträgt.6. Compressor according to one of claims 1-5, characterized in that the outer diameter (D e ) of the deflection space ( 12 ) is 2.3 to 3 times the impeller diameter (D r ). 7. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkraum (12) durch in der Symmetrieebene (R′) angeordnete Flügel (14) in zwei getrennte, spiegelsymmetrische Hälften geteilt ist, wobei ein Flügel (14) in Richtung zum Strömungsaustritt (13) weist und der andere Flügel (14′) in die entgegengesetzte Richtung.7. Compressor according to one of claims 1-6, characterized in that the deflection space ( 12 ) by in the plane of symmetry (R ') arranged wing ( 14 ) is divided into two separate, mirror-symmetrical halves, with a wing ( 14 ) in the direction to the flow outlet ( 13 ) and the other wing ( 14 ') in the opposite direction. 8. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet daß die Breite (B) des Umlenkraumes (12) in Achsenrichtung größer ist als die Breite (b) des Diffusors (6).8. Compressor according to one of claims 1-7, characterized in that the width (B) of the deflection space ( 12 ) in the axial direction is greater than the width (b) of the diffuser ( 6 ).
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