DE395629C - Regelungsverfahren fuer Kreiselmaschinen, insbesondere Kreiselverdichter mit gegebener Radbeschaufelung - Google Patents

Regelungsverfahren fuer Kreiselmaschinen, insbesondere Kreiselverdichter mit gegebener Radbeschaufelung

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DE395629C
DE395629C DEA36802D DEA0036802D DE395629C DE 395629 C DE395629 C DE 395629C DE A36802 D DEA36802 D DE A36802D DE A0036802 D DEA0036802 D DE A0036802D DE 395629 C DE395629 C DE 395629C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02Surge control
    • F04D27/0284Conjoint control of two or more different functions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Regelungsverfahren für Kreiselmaschinen, insbesondere Kreiselverdichter mit gegebener Hadbeschaufelung. Es ist allgemein bekannt, daß ein Kreiselrad mit konstanter Drehzahl nur für eine durch seine Abmessungen teebene Fördermenge mit maximalem Wirkungsgrad arbeiten kann; denn bei Abweichunig dieser @Fördermenge stimmen die relativen Eintrittsrichtungen des zu fördernden Mittels mit den Radschaufelwinkeln nicht mehr überein. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, mittels ruhender, einstellbarer Leitschaufeln vor den Rädern den aLsoluten 'Eintrittswinkel des Fördermittels so zu beeinflussen, daß der relative Eintrittswinkel auch für andere Belastungen mit dem Schaufelwinkel übereinstimmt. Diese Maßnahmne wurde aber fast nie ausgeführt, weil diese Umlenkung des Fördtrmnittels vor dem Radeintritt unerwünschte Rückwirku gen auf die Druckerzeugung,der Maschine mit sich brachte und bei schlechten Rädern, die nie gefüllt arbeiteten, der Einfluß des Stoßverlustes so gering war, daß er den ganzen Mechanismus der beweglichen Leitschaufeln nicht rechtfertigte.
  • Es zeigt sich aber .einerseits, d:aß für gute Radkanäle, die eine gewisse Diffusorwirkung .im Rade selbst erlauben, der Einfluß der relativen Eintrittsrichtung -des geförderten Mediums ;i@m Radkanal sehr groß ist und in diesem Falle eine Vorsteuerung -gerechtfertigt ist und andererseits, daß die Rückwirkung der Vor- bzw. Nachrotation des Fördermittels auf dlie Charakteristik des Rades in gewissen Fällen günstig verwendet werden kann, insbesondere, wenn inan dieselheil noch mit den Vorteilen der Drelizalilrebeltin g vereinbaren kann.
  • Das Wesen der vorliegenden Erfindung liegt in der gleichzeitigen Anwendung dieser bekannten Eintritt-s«-ittkelregelttng des einem Fade zuströnien.den -Mediums im ganzen Wireiner Kreiselmaschine, i,ttsl esotidere eines Kreiselverdichters. mit gegebener Radbeschaufelung und einer Drehzahlregelung, zu d'eln Zweck, nach Abzug der Einflüsse der unveränderlichen Verluste konstanten inax-imalen Wirkungsgrad zu erhalten.
  • Es wird dabei angenonltnen, daß nach den Rädern parallelwandige l;iftusoren ohne Schaufeln oder dann einstellbare Leitschaufeln verwendet werden. Beide Vorrichtungen können sich ja jeder För.lerung und jeder Drehzahl so anpassen, claß beispielsweise die zu verdichtende Luft immer die gleich guten Bedingungein zur tT1lls-etztnt- trifft.
  • Die Betriebsverhältnisse eines Rades sind, wie l:ekamit, in erster Annäherung durch die Ein- und Austrittsdrücke aus den absoluten uti:Z relativen Geschwindigkeiten gegeben. Betrachten wir z. B. hei einem hraiselv erdicliter für Luft eine Beschaufelung nach Abb. i mit einem Schaufelenintrittswinkel a < 9o° und einem Schaufelaustrittswinkel j3 -9o°. Das Geschwindigkeitsdreieck der Austrittsgeschwindigkeiten, Al h. 2, zeigt, daß für alle Luftmengen sich die bleiche Flüssigkeitshöhe u" u= - Umfangsgeschwindigkeiten bzw. Austritt, L*11" c112 = Umfangskomponenten der absoluten Ein-bzw. Austrtttsgesch«-indigkeit -ztuf die Umfangsrichtung ergibt, für den Fall, daß die Zuführung zum Ralle radial erfolgt, wobei all cul - 0 ist. Dieser Wert ist im H-Voluinendiagramin Kurve a der Abb. d. aufgetragen und gilt, wie gesagt, nur in eni Fall, in dem c111- 0 ist, also bei radialer Zuführung der Luft zum Rad'ie.
  • Das Eintrittsdreieck Abt>. 3 zeigt, daß radial zugeführte Flüssigkeit nur für eilte gebebeiie llernge ohne Stoß in die Radkanäle eintreten kann, und zwar hei einem der. Betrichtung zub ende liegenden Kreiselverdichter für diejenige Luftmenge, die die Gescliwincligkeit cl ergibt.
  • Führen wir jetzt die Flüssigkeit unter einrein voll der radialen Richtung abweichenden Winkel d dem Ralle zu, so wird das zweite Glied der Gleichung i nicht mehr Null, so daß sowohl H wie V des Diagramms der Abb. d. anders werden. Nach den Annahmen der ='11>b.5 wäre der so erreichte Normalpunkt in B. Für 6 nach links anstatt nach rechts (A1>-). 5) wäre durch anal«ge 1J`berlegiingen leicht zu zeigen, daß der neue Betriebspunkt nach größeren Fördermengen und größerem Il nach C fällt (Abi), d 1, weil sich dann das (_lliefl 111 cul zu ü22 addieren würde. Der Punkt 0 für Nullförderung bleibt in allen Fällen -der gleiche. -Die Verbindungslinie von den normalen Betriebspunkten bei verschiedenen absoluten Eintrittswinkehl (d) ist aber r-kunbsbrad eine e.Diese Linie gleich Kurve guter lie gtbei malünal dieser erWi Beschaufelung so, da,ß H mit zunehmendem Vohttnen ebenfalls zunimmt.
  • Fine solche Kurve eignet sich z. B. für das Blasen der Bessemerhirnen, bei denen der Wind außer einer konstanten Flüssigkeitshölle (Ballhöhe), je nach der Luftmenge, noch parabolisch steigende Reibungswi-ierstände zu überwinden hat.
  • Es ist aber ohne weiteres leicht zu erreichen, daß die Linie der Normalpunkte d mit zunehmender Förderinenze abnimmt. z. B. mit der Beschaufelung nach Abb.6. Das Austrittsdreieck (Abb. ; ) ergibt für verschiedene Fördermengen verschiedene '\Verte voll lt, cal " so daß .die Kurve rr der Abb. .f für a - 0 in Abb.9 finit zunehmenden -Mengen rasch abfällt.
  • Ändert man jetzt den absoluten Eintrittswinkel 6 (Abb. io) z. B. nach rechts, so kommt wohl ein Glied r11 crrl, das von u@ c112 zit subtrahieren ist, aber da gleichzeitig die Förder_nenge kleiner wird, so wächst ic2 CU2, und zwar stärker. Insgesamt `st also der neue Wert von H größer, so daß der neue Normalpunkt B für kleinere Förlernieligen höher zii lieben kommt, als der alte _3. Die Verbindungslinie d der Norrialpunkte kann also je nach der Beschaufelung der Räder einen beliebigen, zum voraus gesehenen Verlauf haben. Durch diese Erkenntnis ist es möglich, durch bloße Änderung des absoluten Eintrittswinkels oder Beatifschlagungswinkels eine dafür gebaute -Maschine so zti regeln. daß sie für versch:iedene Betriebspunkte mit ein und demsell;en besten Wirkungsgrad arl-eitet und dies also ohne Verstellung der Drehzahl der -laschine.
  • Wendet man aber gemäß der Erfindung bleichzeitig die Regelung mit verschiedenen Beaufschlagungswinkeln und d:e Drehzahlregelung an, so sind mit der gleichen Maschine alle Punkte des Druckvoluineifeldes mit bleich b tteln Wirkungsgrade zu erreichen, wenn man von den konstanten Verlusten absieht, die bei kleinen Leistungen prozentual mehr ausmachen als bei großen Belastungen.
  • Es ist schon bekannt, daß bei Drehzahlra,,elung die Normalpunkte sich auf Parabeln d bewegen (Abb. i i). Durch Kombination der _-1>1 ). i i und 9 sieht man (Abb. i2), daß alle die Punkte Al Ali Aiii oder B,Bii Blii, oder irgendwelche andere mit dem gleichen guten Wirkungsgrade arbeiten, wenn dafür gesorgt wird, daß auf eiiner Parabel der Beaufschlagungswinkel immer dem dem stoßlosen Eintritt entsprechenden Winkel gleichgehalten wird und von einer Drehzahlregelungsparabel zur anderen dieser Winkel entsprechend verstellt« wird. Die entsprechenden Verstellungen von Drehzahl und Beaufschlagungswinkel können mit schon bekannten Verfahren auch selbsttätig gelöst werden.
  • Eine Steuerung, die z. B. den Eintrittswinkel so steuern würde, daß bei konstanter Drehzahl der Antriebsmtaischin e und vorwärts gebogenen Laufradschaufeln der Verdichter nach Kurve d der Abb. 4 arbeiten würde, ist schematisch in Abb. 13 festgelegt. Die Leitschaufeln i sind drehbar um Punkt a und werden durch den M iitnehmerring 3 eingestellt. Der Ring 3 wird mittels dies Gestänges 4, 5, 6 vom Kolben 7 betätigt. Auf Kolben 7 wirken eine Feder 8 und ein ein= stellbarer üldru.ck. Ein Schieber 9 stellt den Öldruck ein. Dieser Schieber 9 ist an der Stange io befestigt, die einen Volumenkolben i i und einen Druckkolben 12 trägt. Die Stange io steht außerdem unter dem Einfluß der Feder 13. Die Anschlüsse der beiden Kolben münden in die Druckleitung des Gebläses, so daß Federkraft und Volumenkolbenkraft beide der Druckkolbenkraft entgegengesetzt sind. Es ist bekannt, daß durch passende Wahl dieser drei Größen irgend eine parabelartige Steuerungskurve zwischen den Linnen konstanten Druckes und denjenigen konstanten Volumens erhalten werden kann, also auch die aus,Abb. 4.
  • Für gleichzeitige Anwendung von Drehzahl und Eintrittswinkelregelung muß idiie Regelung des Ein@tritts)winkelsderart sein, claß längs einer Parabel vom Nullpunkt aus (Abb. i1) !die Stellung der Leitschaufeln unverändert bleibt, von einer Parabel zur andern aber die Stellung gewechselt wird. Eine Regelung, die das ermöglicht, .ist z. B. in Abib. 14 schematisch angegeben. Es ist alles gleich wie bei Abb. 13, bis auf den Druckkolben 12, der mit .einem Beipaß 15 versehen ist, der je nach -der Stellung des Kolbens mehr oder weniger Luft entweichen läßt und wegen dem Drosselorgan 16 einen mehr oder weniger stark abgedrosselten Druck erhält.
  • Wird nun diese Regelung des Eintrittswinkels mit einer Drehzahlregelung auf konsta,ntes Volumen z. B. kombiniert, so erhält man einen möglichst günstigen Betrieb, wie aus Abb. 15 zu .entnehmen ist. Die Parabeln P, P2- P3 P4 P, sind solche ähnlicher Punkte bei Drehzahlregelung. Zu jeder gehört .die beste Stellung der Leitschaufeln, die selbsttätig mit der Regelung der Abb.14 (13) eingeschaltet wird. Die Linie A-A ist diej enige konstanten Volumens, auf welche die Antriebsmaschine selbsttätig .einstellt. :Die Punkte Al AZ A3 A4 A6, die alle Betriebspunkte sind, haben alle einen gleich guten maximalen Wirkungsgrad bis ,auf die konstanten Verlustre, die für kleinere Belastungen. prozentual mehr ausmachen als für große Belastungen. Aber auch iii dien. Fällen; in denen nur eine beschränkte Drehzahlregelung möglich ist, wird man eine gegebene Beschaufelungsart in Verbindung mit ;der Änderung des Eintrittswinkels des zu fördernden Mittels und der beschränkten Drehzahlregelung anwenden., wo-,bei vorwärts gekrümmte Schaufeln einen mit dem Volumen stei@endien Druck, rückwärts gekrümmte Schaufeln dagegen eünien mit zunehmendem. Volumen sinkenden Druck als Druckvolumencharakteristik für den besten Wirkungsgrad bei einer gegebenen Umdrehungszahl ergeben.

Claims (2)

  1. PATENT-ANsPRÜCHE: i. R%egelungsverfahre!n; für Kreiselmaschinen, einsbesondere Kreiselverdichter mit gegebener Radbeschaufelung, gekennzeichnet durch gleichzeitige Anwendung von Drehzahl- und Eintrittswinkelregelung ,des einem Rade zuströmenden Mediums im ganzer Wirkungsbereich des Verdichters, zu dem Zweck, nach Abzug der Einflüsse der unveränderlichen Verluste, konstanten maximalen Wirkungsgrad zu erhalten.
  2. 2. Regelungsverfahren nach Patentanspruch i, für Fälle, für welche nur beschränkte Drehzahlregelung möglich ist, dadurchgekennzeichnet, da.ß eine gegebene Beschaufelungsart in Verbindung mit der Änderung des Eiintrittswinlkels des Mediums und der heschränkten Drehzahlreggelung angewendet wird, wobei vorwärts gekrümmte Schaufelre einen mit dem Volumen steigenden: Druck, rückwärts gekrümmte Schaufeln einen mit zunehmendem Volumen; sinkenden Druck als Druckvolumencharakteristiik für den l:esten Wirkungsgrald bei einer :gegebenen Umdrehungszahl ergeben.
DEA36802D 1921-12-09 1921-12-18 Regelungsverfahren fuer Kreiselmaschinen, insbesondere Kreiselverdichter mit gegebener Radbeschaufelung Expired DE395629C (de)

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