DE4003940C1

DE4003940C1 - Radial-flow compressor with inlet flow control - has inlet passage housing with three differently shaped passages between suction line and impeller

Info

Publication number: DE4003940C1
Application number: DE4003940A
Authority: DE
Inventors: Hans 7990 Friedrichshafen De Sudmanns
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1990-02-09
Filing date: 1990-02-09
Publication date: 1990-10-18
Anticipated expiration: 2010-02-10

Abstract

The compressor adjustable inlet flow control is fitted in front of a radial-flow impeller. An intake passage housing (14) between a suction line (19) and impeller entry (20) has three differently shaped intake passages (16-18) controllably acted on by a rotary slider (15). The first passage (16) extends between the intake line (19) and impeller entry in the impeller plane, the second and third passages (17,18) form spirals which taper in the flow sense and whose spiral turns are of opposed directions. ADVANTAGE - Axially compact, and improved effectiveness at different operational conditions.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdichter mit einer vor dem radial durchströmten Verdichter-Laufrad angeordneten verstellbaren Einlaß-Einrichtung zur Beeinflussung der Einlaßströmung. Solche Einrichtungen dienen dazu, die Förderleistung des Verdichters unterschiedlichen Betriebsbedingungen anzupassen.The invention relates to a compressor with a the radially flowed compressor impeller adjustable inlet device to influence the Inlet flow. Such facilities serve the Delivery capacity of the compressor different Adapt operating conditions.

Aus der DE 37 07 723 A1 ist ein Verdichter mit einer gattungsgemäßen Einlaß-Einrichtung bekannt geworden. Nachteilig bei dieser bekannten Anordnung ist, daß sich für den Zuströmkanal eine große axiale Baulänge ergibt. Zudem besteht bei Betriebszuständen, die eine neutrale Anströmung des Verdichter-Laufrades erfordern, durch die im Zuströmkanal befindliche Einrichtung ein den Wirkungsgrad des Verdichters verschlechternder Strömungswiderstand. Ferner ist die Wirksamkeit der Drallerzeugung sehr stark vom Massendurchsatz abhängig und gering bei kleinem Massendurchsatz.DE 37 07 723 A1 describes a compressor with a generic inlet device become known. Disadvantageous in this known arrangement is that for Inflow channel has a large axial length. There is also in operating conditions that have a neutral flow to the Compressor impeller require through in the inflow channel located device a the efficiency of the compressor worsening flow resistance. Furthermore, the Effectiveness of the swirl generation very much from the mass throughput dependent and low with small mass throughput.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, für einen Verdichter eine Einlaß-Einrichtung zur Beeinflussung der Einlaßströmung zu schaffen, die geringe Baulänge und gute Wirksamkeit bei unterschiedlichen Betriebszuständen vereint. It is therefore an object of the invention, one for a compressor Inlet device for influencing the inlet flow create the small overall length and good effectiveness different operating states combined.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 9.This object is achieved with the characteristic Features of claim 1 solved. The further design the invention results with the features of claims 2 to 9.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine geringe axiale Baulänge der Einlaß-Einrichtung realisierbar ist, daß der Strömungswiderstand der Einlaß-Einrichtung in den drei möglichen Betriebsstellungen etwa gleich groß ist, daß sich bei der Einlaßströmungsführung über den zweiten bzw. dritten Einlaßkanal auch bei geringem Massendurchsatz eine kräftige Drallströmung vor dem Laufrad ergibt und daß die Einlaß-Einrichtung im Bedarfsfall als saugseitiges Absperrorgan des Verdichters verwendbar ist.The advantages achieved with the invention are in particular in that a small axial length of the inlet device is realizable that the flow resistance of the Inlet device in the three possible operating positions, for example is the same size that in the inlet flow guidance the second or third inlet channel even at low Mass flow a strong swirl flow in front of the impeller results and that the inlet device if necessary as suction-side shut-off device of the compressor can be used.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben. Es zeigtTwo embodiments of the invention are in the drawings are shown and are described in more detail below. It shows

Fig. 1 Teil-Längsschnitt eines Verdichters mit einer Einlaß-Einrichtung nach Linie I-I in Fig. 2; Fig. 1 partial longitudinal section of a compressor with an inlet device according to line II in Fig. 2;

Fig. 2 Querschnitt der Einlaß-Einrichtung nach Linie II-II in Fig. 1; Fig. 2 cross section of the inlet device according to line II-II in Fig. 1;

Fig. 3 Querschnitt der Einlaß-Einrichtung nach Linie III-III in Fig. 1; Fig. 3 cross section of the inlet device according to line III-III in Fig. 1;

Fig. 4 Teil-Längsschnitt eines Verdichters mit einer Einlaß-Einrichtung nach Linie IV-IV in Fig. 5; Fig. 4 partial longitudinal section of a compressor with an inlet device according to line IV-IV in Fig. 5;

Fig. 5 Querschnitt der Einlaß-Einrichtung nach Linie V-V in Fig. 4. Fig. 5 cross section of the inlet means along the line VV in Fig. 4.

Ein Verdichter 11, 111 mit einem radial durchströmten Verdichter-Laufrad 12, 112 ist von einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung über eine Welle 13, 113 in der Drehrichtung 34, 134 antreibbar. Vor dem Laufrad-Eintritt 20, 120 ist eine Einlaß-Einrichtung angeordnet, die aus einem mit dem Verdichter-Gehäuse 24, 124 verbundenen Einlaßkanal-Gehäuse 14, 114 und einem den Zuströmquerschnitt zum Verdichter-Laufrad 12, 112 beherrschenden Drehschieber 15, 115 besteht. Das Einlaßkanal-Gehäuse 14, 114 weist drei unterschiedlich geformte Einlaßkanäle 16, 17, 18 bzw. 116, 117, 118 auf, deren Beaufschlagung vom Drehschieber 15, 115 steuerbar ist.A compressor 11 , 111 with a compressor impeller 12 , 112 through which there is a radial flow can be driven by a drive device (not shown) via a shaft 13 , 113 in the direction of rotation 34 , 134 . In front of the impeller inlet 20 , 120 an inlet device is arranged, which consists of an inlet duct housing 14 , 114 connected to the compressor housing 24 , 124 and a rotary valve 15 , 115 controlling the inflow cross section to the compressor impeller 12 , 112 . The inlet channel housing 14 , 114 has three differently shaped inlet channels 16 , 17 , 18 and 116 , 117 , 118 , the action of which can be controlled by the rotary valve 15 , 115 .

Der erste Einlaßkanal 16, 116 verläuft zwischen Ansaugleitung 19, 119 und Laufrad-Eintritt 20, 120 mit abnehmendem Querschnitt etwa in einer durch die Laufradachse gehenden Ebene.The first inlet duct 16 , 116 runs between the suction line 19 , 119 and the impeller inlet 20 , 120 with a decreasing cross section approximately in a plane passing through the impeller axis.

Zweiter und dritter Einlaßkanal 17, 117 bzw. 18, 118 sind als Spirale mit in Strömungsrichtung abnehmendem Querschnitt ausgebildet, wobei die Windungsrichtungen der beiden Spiralen von zweitem und drittem Einlaßkanal 17, 117 bzw. 18, 118 entgegengesetzt gerichtet sind.Second and third inlet channels 17 , 117 and 18 , 118 are designed as spirals with a decreasing cross-section in the flow direction, the winding directions of the two spirals of the second and third inlet channels 17 , 117 and 18 , 118 being directed in opposite directions.

Eine besonders kompakte Bauform der Einlaß-Einrichtung wird erreicht, wenn die Ansaugleitung 19, 119 etwa senkrecht zur Achse des Verdichter-Laufrades 12, 112 angeordnet ist und die Spiralen von zweitem und drittem Einlaßkanal 17, 117 bzw. 18, 118 in einer etwa quer zur Achse des Verdichter-Laufrades 12, 112 stehenden Ebene verlaufen.A particularly compact design of the inlet device is achieved if the suction line 19 , 119 is arranged approximately perpendicular to the axis of the compressor impeller 12 , 112 and the spirals of the second and third inlet channels 17 , 117 and 18 , 118 in an approximately transverse manner to the axis of the compressor impeller 12 , 112 standing plane.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ist in der Einlaß-Einrichtung der kegelstumpfförmige Drehschieber 15 derart angeordnet, daß er die Einlaßöffnungen der drei Einlaßkanäle 16, 17, 18 beherrscht, wobei seine Drehachse etwa koaxial zur Achse der Ansaugleitung 19 ausgerichtet ist. Ein den Drehschieber 15 durchdringender Kanal 21 besitzt eine mit der Ansaugleitung 19 korrespondierende Zuströmöffnung 22 auf einer Stirnfläche und eine Abströmöffnung 23 auf der Mantelfläche des Drehschiebers 15. Bei drei je um 90° gegeneinander versetzten Stellungen des Drehschiebers 15 korrespondiert die Abströmöffnung 23 jeweils mit der Einlaßöffnung eines der drei Einlaßkanäle 16, 17, 18. In einer vierten Stellung des Drehschiebers 15 sind alle drei Einlaßkanäle 16, 17, 18 gegen die Ansaugleitung 19 gesperrt.In the embodiment according to FIGS. 1 to 3, the frustoconical rotary valve 15 is arranged in the inlet device in such a way that it controls the inlet openings of the three inlet channels 16 , 17 , 18 , its axis of rotation being aligned approximately coaxially with the axis of the suction line 19 . A channel 21 penetrating the rotary slide valve 15 has an inflow opening 22 corresponding to the suction line 19 on an end face and an outflow opening 23 on the lateral surface of the rotary slide valve 15 . In the case of three positions of the rotary slide valve 15 , each offset by 90 °, the outflow opening 23 corresponds in each case to the inlet opening of one of the three inlet channels 16 , 17 , 18 . In a fourth position of the rotary valve 15 , all three inlet channels 16 , 17 , 18 are blocked against the intake line 19 .

Die Verstellung des Drehschiebers 15 erfolgt mit Hilfe eines kegeligen Zahnradsatzes, der das mit dem Drehschieber 15 drehfest verbundene Zahnrad 25 und das treibende, mit einer Welle 26 verbundene Zahnrad 27 aufweist.The rotary slide valve 15 is adjusted with the aid of a conical gear set which has the gear wheel 25 connected in a rotationally fixed manner to the rotary slide valve 15 and the driving gear wheel 27 connected to a shaft 26 .

Zweiter und dritter Einlaßkanal 17, 18 sind mit ihren einander etwa gegenüberliegenden Mündungsöffnungen 28, 29 an den ersten Einlaßkanal 16 mit Abstand vor dem Laufrad-Eintritt 20 angeschlossen. Ab der Mündungsöffnung 28, 29 von zweitem und drittem Einlaßkanal 17, 18 bis zum Laufrad-Eintritt 20 ist der erste Einlaßkanal 16 kegelig mit abnehmendem Querschnitt ausgebildet.Second and third inlet channels 17 , 18 are connected with their approximately opposite mouth openings 28 , 29 to the first inlet channel 16 at a distance from the impeller inlet 20 . From the opening 28 , 29 of the second and third inlet channels 17 , 18 to the impeller inlet 20 , the first inlet channel 16 is conical with a decreasing cross-section.

Die Mündungsöffnungen 28, 29 der Einlaßkanäle 17, 18 sind durch einen axial verschiebbaren, zylindrischen Ringschieber 30 kontrollierbar. Durch eine Feder 31 wird der Ringschieber 30 in einer Stellung gehalten, bei der die Mündungsöffnungen 28, 29 verschlossen sind. Mittels einer Druckleitung 32 ist eine Kolbenfläche 33 des Ringschiebers 30 mit Druck beaufschlagbar. Bei Druckzufuhr ist der Ringschieber 30 gegen die Kraft der Feder 31 in eine variierbare Offenstellung bringbar.The mouth openings 28 , 29 of the inlet channels 17 , 18 can be controlled by an axially displaceable, cylindrical ring slide 30 . The ring slide 30 is held in a position by a spring 31 in which the orifices 28 , 29 are closed. A piston surface 33 of the ring slide 30 can be pressurized by means of a pressure line 32 . When pressure is applied, the ring slide 30 can be brought into a variable open position against the force of the spring 31 .

Die Wirkungsweise der zuvor beschriebenen Einlaß-Einrichtung nach Fig. 1 bis 3 ist wie folgt: Bei Betrieb des Verdichters 11 mit einer Antriebsleistung für die sich entsprechend Massendurchsatz und Druckverhältnis ein Betriebspunkt im Verdichterkennfeld einstellt, der der Optimalauslegung nahekommt, befindet sich der Drehschieber 15 in der Betriebsausgangsopposition (siehe Fig. 3). Die Stellung des Drehschiebers 15 ist dann so, daß die vom Verdichter-Laufrad 12 angesaugte Luft aus der Ansaugleitung 19 über den Kanal 21 in den Einlaßkanal 16 strömt und drallfrei in das Verdichter-Laufrad 12 eintritt. . The operation of the above-described intake device according to Fig 1 to 3 is as follows: During operation of the compressor 11 with a drive power for the correspondingly mass flow and pressure ratio, an operating point in the compressor map sets that is close to the optimum design, is the rotary valve 15 in the operational exit opposition (see Fig. 3). The position of the rotary valve 15 is then such that the air sucked in by the compressor impeller 12 flows from the suction line 19 via the duct 21 into the inlet duct 16 and enters the compressor impeller 12 without swirling.

Der Betrieb des Verdichters 11 mit verminderter Antriebsleistung bewirkt eine Verringerung des Massendurchsatzes und eine Verkleinerung des Druckverhältnisses. Der Betriebspunkt im Verdichterkennfeld verschiebt sich dabei in einen Bereich schlechteren Wirkungsgrades, niedrigerer Drehzahl und näher zur Grenze eines instabilen Förderverhaltens. In einem solchen Fall erfolgt eine Verstellung des Drehschiebers 15 so, daß bei der angegebenen Drehrichtung 34 die vom Verdichter-Laufrad 12 angesaugte Luft aus der Ansaugleitung 19 über den Kanal 21 in den Einlaßkanal 17 gelenkt wird. Der Ringschieber 30 ist in diesem Fall durch Druckbeaufschlagung der Druckleitung 32 in einer Stellung, die zumindest eine teilweise Freigabe der Mündungsöfnnung 28 bewirkt. Die Windungsrichtung der Spirale von Einlaßkanal 17 entspricht der Drehrichtung 34.The operation of the compressor 11 with a reduced drive power causes a reduction in the mass throughput and a reduction in the pressure ratio. The operating point in the compressor map moves into a range of poorer efficiency, lower speed and closer to the limit of an unstable delivery behavior. In such a case, the rotary slide valve 15 is adjusted such that, in the specified direction of rotation 34, the air drawn in by the compressor impeller 12 is directed from the intake line 19 via the channel 21 into the inlet channel 17 . In this case, the ring slide 30 is pressurized the pressure line 32 in a position which at least partially clears the orifice opening 28 . The direction of the spiral of the inlet duct 17 corresponds to the direction of rotation 34 .

Die über die Mündungsöffnung 28 in den Einlaßkanal 16 austretende Luftströmung erzeugt im kegeligen Abschnitt vor dem Laufrad-Eintritt 20 eine Drallströmung mit einem der Drehrichtung 34 des Verdichter-Laufrades 12 entsprechenden Drehsinn 35. Dieser sogenannte "Mitdrall" bewirkt eine Verminderung der resultierenden Anström-Geschwindigkeit der Luft auf die Verdichterschaufeln und korrigiert die resultierende Anströmrichtung etwa auf den der Optimalauslegung zugrundeliegenden Wert. Die Verstellung der Einlaß-Einrichtung auf "Mitdrall" bewirkt, daß das gesamte Verdichterkennfeld eine Parallelverschiebung etwa entsprechend der eingetretenen Betriebspunktverlagerung erfährt. Auf diese Weise arbeitet der Verdichter 11 auch im Betriebszustand verminderter Antriebsleistung bei optimalem Wirkungsgrad im stabilen Betriebsbereich und etwa gleichbleibender Drehzahl.The air flow exiting through the opening 28 into the inlet channel 16 generates a swirl flow in the conical section in front of the impeller inlet 20 with a direction of rotation 35 corresponding to the direction of rotation 34 of the compressor impeller 12 . This so-called "co-whirl" reduces the resulting inflow velocity of the air on the compressor blades and corrects the resulting inflow direction to approximately the value on which the optimum design is based. The adjustment of the inlet device to "Mitdrall" causes the entire compressor map to experience a parallel shift approximately in accordance with the shift in the operating point that has occurred. In this way, the compressor 11 also works in the operating state of reduced drive power with optimum efficiency in the stable operating range and approximately constant speed.

Eine steigende Antriebsleistung bewirkt am Verdichter 11 einen erhöhten Massendurchsatz mit höherem Druckverhältnis. Im Verdichterkennfeld verschiebt sich der Betriebspunkt in einen Bereich schlechteren Wirkungsgrades und höherer Drehzahl. Hierbei kann die für das Verdichter-Laufrad 12 zulässige Grenzdrehzahl erreicht oder überschritten werden, was betriebsgefährdend wäre. In diesem Fall wird der Drehschieber 15 in die Position gedreht, bei der die vom Verdichter-Laufrad 12 angesaugte Luft aus der Ansaugleitung 19 über den Kanal 21 in den Einlaßkanal 18 gelenkt wird. Durch Druckbeaufschlagung der Druckleitung 32 befindet sich der Ringschieber 30 in einer Stellung, die zuminest eine teilweise Freigabe der Mündungsöfnung 29 bewirkt.An increasing drive power causes an increased mass throughput with a higher pressure ratio at the compressor 11 . In the compressor map, the operating point shifts to a range of poorer efficiency and higher speed. Here, the permissible speed limit for the compressor impeller 12 can be reached or exceeded, which would be dangerous to the operation. In this case, the rotary slide valve 15 is rotated into the position in which the air sucked in by the compressor impeller 12 is directed out of the suction line 19 via the duct 21 into the inlet duct 18 . By pressurizing the pressure line 32 , the ring slide 30 is in a position which at least causes a partial release of the orifice 29 .

Die Windungsrichtung der Spirale von Einlaßkanal 18 verläuft entgegen der Drehrichtung 34. Die über die Mündungsöffnungen 29 in den Einlaßkanal 16 austretende Luftströmung erzeugt im kegeligen Abschnitt vor dem Laufrad-Eintritt 20 eine Drallströmung mit einem der Drehrichtung 34 des Verdichter-Laufrades 12 entgegengerichteten Drehsinn 36. Dieser sogenannte "Gegendrall" bewirkt eine Vergrößerung der resultierenden Anströmgeschwindigkeit der Luft auf die Verdichterschaufeln und korrigiert die resultierende Anströmrichtung etwa auf den der Optimalauslegung zugrundeliegenden Wert. Die Verstellung der Einlaß-Einrichtung auf "Gegendrall" bewirkt wiederum eine Parallelverschiebung des gesamten Verdichterkennfeldes entsprechend der eingetretenen Betriebspunktverlagerung. Der Verdichter 11 arbeitet dann auch im Betriebszustand erhöhter Antriebsleistung bei optimalem Wirkungsgrad ohne betriebsgefährdenden Drehzahlanstieg.The direction of the spiral of the inlet channel 18 runs counter to the direction of rotation 34 . The air flow exiting through the orifices 29 into the inlet channel 16 generates a swirl flow in the conical section in front of the impeller inlet 20 with a direction of rotation 36 opposite to the direction of rotation 34 of the compressor impeller 12 . This so-called "counter-swirl" increases the resulting inflow velocity of the air on the compressor blades and corrects the resulting inflow direction approximately to the value on which the optimal design is based. The adjustment of the inlet device to "counter-swirl" in turn causes a parallel displacement of the entire compressor map in accordance with the shift in the operating point that has occurred. The compressor 11 then also works in the operating state of increased drive power with optimum efficiency without an increase in speed which jeopardizes the operation.

Die Intensität von "Mitdrall" bzw. "Gegendrall" ist durch Zwischenstellungen des Ringschiebers 30 zwischen ganz zu und ganz offen beeinflußbar.The intensity of "Mitdrall" or "Gegenrall" can be influenced by intermediate positions of the ring slide 30 between completely closed and completely open.

Für die koordinierte Steuerung von Drehschieber 15 und Ringschieber 30 ist eine nicht dargestellte Steuerungseinrichtung vorgesehen, die mittels geeigneter, auf Betriebsgrößen ansprechender, Sensoren beeinflußbar ist.For the coordinated control of rotary slide valve 15 and ring slide valve 30 , a control device (not shown) is provided which can be influenced by means of suitable sensors which respond to operating parameters.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 ist in der Einlaß-Einrichtung der zylindrische Drehschieber 115 derart angeordnet, daß er die Mündungsöffnungen der drei Einlaßkanäle 116, 117, 118 beherrscht, wobei seine Drehachse etwa koaxial zur Achse des Verdichter-Laufrades 112 ausgerichtet ist. Ein den Drehschieber 115 durchdringender Kanal 121 besitzt eine mit den Mündungsöffnungen der Einlaßkanäle 116, 117, 118 zusammenwirkende Zuströmöffnung 122 auf der Mantelfläche und eine Abströmöffnung 123 auf einer Stirnfläche des Drehschiebers 115, die unmittelbar vor dem Laufrad-Eintritt 120 mündet. Bei drei je um 90° gegeneinander versetzten Stellungen des Drehschiebers 115 korrespondiert die Zuströmöffnung 122 jeweils mit der Mündungsöffnung eines der drei Einlaßkanäle 116, 117, 118. In einer vierten Stellung des Drehschiebers 115 sind alle drei Einlaßkanäle 116, 117, 118 gegen den Laufrad-Eintritt 120 gesperrt.In the second embodiment according to FIGS. 4 and 5, the cylindrical rotary slide valve 115 is arranged in the inlet device in such a way that it controls the mouth openings of the three inlet channels 116 , 117 , 118 , its axis of rotation being aligned approximately coaxially with the axis of the compressor impeller 112 is. A channel 121 penetrating the rotary slide valve 115 has an inflow opening 122 on the lateral surface, which cooperates with the mouth openings of the inlet channels 116 , 117 , 118 , and an outflow opening 123 on an end face of the rotary slide valve 115 , which opens immediately before the impeller inlet 120 . In the case of three positions of the rotary slide valve 115 , each offset by 90 °, the inflow opening 122 corresponds in each case to the mouth opening of one of the three inlet channels 116 , 117 , 118 . In a fourth position of the rotary valve 115 , all three inlet channels 116 , 117 , 118 are blocked against the impeller inlet 120 .

Die Verstellung des Drehschiebers 115 erfolgt mit Hilfe eines nicht dargestellten geeigneten Drehantriebes, der am Zapfen 110 ansetzbar ist.The rotary slide valve 115 is adjusted with the aid of a suitable rotary drive, not shown, which can be attached to the pin 110 .

Die Einlaßkanäle 116, 117, 118 sind mit ihren jeweils um 90° zueinander versetzten Mündungsöffnungen 109, 128, 129 an den zylindrischen Einpaß 108 für Drehschieber 115 mit Abstand vor dem Laufrad-Eintritt 120 angeschlossen, wobei die Mündungsöffnungen 128, 129 der Einlaßkanäle 117, 118 einander diametral gegenüberliegen.The inlet channels 116, 117, 118 with their respectively offset by 90 ° to each other mouth openings 109, 128, 129 connected to the cylindrical spigot 108 for rotary vane 115 at a distance in front of the impeller inlet 120 with the outlet openings 128, 129 of the inlet channels 117, 118 are diametrically opposed to each other.

Bei Betrieb des Verdichters 111 mit einer Antriebsleistung für die sich entsprechend Massendurchsatz und Druckverhältnis ein Betriebspunkt im Verdichterkennfeld einstellt, der der Optimalauslegung nahekommt, befindet sich der Drehschieber 115 in der Betriebsausgangsposition (siehe Fig. 4). Die Stellung des Drehschiebers 115 ist dann so, daß die vom Verdichter-Laufrad 112 angesaugte Luft aus der Ansaugleitung 119 über den Einlaßkanal 116 in den Kanal 121 strömt und drallfrei in das Verdichter-Laufrad 112 eintritt.When the compressor 111 is operated with a drive power for which an operating point in the compressor map which is close to the optimum design is set in accordance with the mass flow rate and pressure ratio, the rotary slide valve 115 is in the operating starting position (see FIG. 4). The position of the rotary valve 115 is then such that the air sucked in by the compressor impeller 112 flows from the intake line 119 via the inlet duct 116 into the duct 121 and enters the compressor impeller 112 without swirling.

Der Betrieb des Verdichters 111 mit verminderter Antriebsleistung bewirkt eine Verringerung des Massendurchsatzes und eine Verkleinerung des Druckverhältnisses. Der Betriebspunkt im Verdichterkennfeld verschiebt sich dabei in einen Bereich schlechteren Wirkungsgrades, niedriger Drehzahl und näher zur Grenze eines instabilen Förderverhaltens. In einem solchen Fall erfolgt eine Verstellung des Drehschiebers 115 so, daß bei der angegebenen Drehrichtung 134 die vom Verdichter-Laufrad 112 angesaugte Luft aus der Ansaugleitung 119 über Einlaßkanal 117 und Kanal 121 zum Laufrad-Eintritt 120 geleitet wird. Die Windungsrichtung der Spirale von Einlaßkanal 117 entspricht der Drehrichtung 134.The operation of the compressor 111 with a reduced drive power causes a reduction in the mass flow rate and a reduction in the pressure ratio. The operating point in the compressor map moves into a range of poorer efficiency, lower speed and closer to the limit of an unstable delivery behavior. In such a case, the rotary valve 115 is adjusted such that, in the direction of rotation 134 specified, the air drawn in by the compressor impeller 112 is led from the intake line 119 via inlet duct 117 and duct 121 to the impeller inlet 120 . The direction of the spiral of the inlet channel 117 corresponds to the direction of rotation 134 .

Die über die Mündungsöffnung 128 in den Kanal 121 gelangende Luftströmung erzeugt im Abschnitt vor dem Laufrad-Eintritt 120 eine Drallströmung mit einem der Drehrichtung 134 des Verdichter-Laufrades 112 entsprechenden Drehsinn 135. In dieser Stellung des Drehschiebers 115 wird ein sogenannter "Mitdrall" der Einlaßströmung erzeugt, der die gleiche Wirkung, wie für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 beschrieben, hat.The air flow entering the channel 121 via the orifice 128 generates a swirl flow in the section in front of the impeller inlet 120 with a direction of rotation 135 corresponding to the direction of rotation 134 of the compressor impeller 112 . In this position of the rotary valve 115 , a so-called "co-swirl" of the inlet flow is generated, which has the same effect as described for the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 3.

Eine steigende Antriebsleistung bewirkt am Verdichter 111 einen erhöhten Massendurchsatz mit höherem Druckverhältnis. Im Verdichterkennfeld verschiebt sich der Betriebspunkt in einen Bereich schlechteren Wirkungsgrades und höherer Drehzahl. Hierbei kann die für das Verdichter-Laufrad 112 zulässige Grenzdrehzahl erreicht oder überschritten werden, was betriebsgefährdend wäre. In diesem Fall wird der Drehschieber 115 in die Position gedreht, bei der die vom Verdichter-Laufrad 112 angesaugte Luft aus der Ansaugleitung 119 über den Einlaßkanal 118 und Kanal 121 zum Laufrad-Eintritt 120 geleitet wird.An increasing drive power causes an increased mass throughput with a higher pressure ratio at the compressor 111 . In the compressor map, the operating point shifts to a range of poorer efficiency and higher speed. In this case, the limit speed permissible for the compressor impeller 112 can be reached or exceeded, which would be dangerous to the operation. In this case, the rotary valve 115 is rotated into the position in which the air sucked in by the compressor impeller 112 is directed from the suction line 119 via the inlet duct 118 and duct 121 to the impeller inlet 120 .

Die Windungsrichtung der Spirale von Einlaßkanal 118 verläuft entgegen der Drehrichtung 134. Die über die Mündungsöffnungen 129 in den Kanal 121 austretende Luftströmung erzeugt im Abschnitt vor dem Laufrad-Eintritt 120 eine Drallströmung mit einem der Drehrichtung 134 des Verdichter-Laufrades 112 entgegengerichteten Drehsinn 136. Damit ergibt sich ein sogenannter "Gegendrall", der die gleiche Wirkung entfaltet, wie für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 beschrieben.The direction of the spiral of the inlet channel 118 runs counter to the direction of rotation 134 . The air flow exiting through the orifices 129 into the channel 121 generates a swirl flow in the section in front of the impeller inlet 120 with a direction of rotation 136 opposite to the direction of rotation 134 of the compressor impeller 112 . This results in a so-called "counter-swirl", which has the same effect as described for the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 3.

Die Intensität von "Mitdrall" bzw. "Gegendrall" ist durch Zwischenstellungen des Drehschiebers 115, bei der die Mündungsöffnungen 128, 129 jeweils nur teilweise freigegeben sind, beeinflußbar.The intensity of "co-twist" or "counter-swirl" can be influenced by intermediate positions of the rotary valve 115 , in which the orifices 128 , 129 are only partially released.

Claims

1. Compressor with an arranged in front of the radially flowed compressor impeller adjustable inlet device for influencing the inlet flow, characterized in that between a suction line ( 19 , 119 ) and the impeller inlet ( 20 ) of the compressor ( 11 , 111 ) Inlet duct housing ( 14 , 114 ) with three differently shaped inlet ducts ( 16 , 17 , 18 , 116 , 117 , 118 ) is arranged so that the three inlet ducts ( 16 , 17 , 18 , 116 , 117 , 118 ) are acted upon by a rotary valve ( 15 , 115 ) that the first inlet duct ( 16 , 116 ) runs between the intake line ( 19 , 119 ) and the impeller inlet ( 20 , 120 ) approximately in a plane passing through the compressor impeller axis, that the second and third inlet duct ( 17 , 18 , 117 , 118 ) are designed as a spiral with a decreasing cross-section in the flow direction and that the winding directions of the spirals from the second and third inlet channels ( 17 , 18 , 117 , 118 ) are directed in opposite directions.

2. Compressor according to claim 1, characterized in that the axis of rotation of the rotary valve ( 15 ) is arranged approximately coaxially to the axis of the suction line ( 19 ).

3. Compressor according to claim 2, characterized in that the rotary slide valve ( 15 ) has an inflow opening ( 22 ) on an end face and an outflow opening ( 23 ) on the lateral surface.

4. Compressor according to claim 3, characterized in that the rotary slide valve ( 15 ) is arranged in front of the inlet openings of the inlet channels ( 16 , 17 , 18 ).

5. A compressor according to claim 2, characterized in that the cross section of the orifices ( 28 , 29 ) of the spiral inlet channels ( 17 , 18 ) by a coaxial to the compressor impeller axis movable ring slide ( 30 ) is controllable.

6. A compressor according to claim 1, characterized in that the axis of rotation of the rotary valve ( 115 ) is arranged approximately coaxially to the axis of the compressor impeller ( 112 ).

7. A compressor according to claim 6, characterized in that the rotary slide valve ( 115 ) has an inflow opening ( 122 ) on the lateral surface and an outflow opening ( 123 ) on an end face.

8. A compressor according to claim 7, characterized in that the rotary slide valve ( 115 ) behind the mouth openings ( 109 , 128 , 129 ) of the inlet channels ( 116 , 117 , 118 ) is arranged.

9. Compressor according to claim 1, characterized in that the one spiral-shaped inlet channel ( 17 , 117 ) is designed in its cross-sectional profile for a smaller mass flow than the other spiral-shaped inlet channel ( 18 , 118 ).