DE4125763A1 - Einrichtung zum dynamischen stabilisieren eines radialverdichterlaufrades - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum dynamischen Stabilisieren eines Radialverdichterlaufrades, das durch einen radial geführten Dichtspalt vom feststehenden Gehäuse beabstandet ist, wobei der Dichtspalt in radialer Richtung außenliegend eine zur Verwirbelung der Leckströmung dienende Erweiterung und in radialer Richtung innenliegend einen aktiven Dichtungsbereich in Form eines Labyrinths aufweist.

Die angesaugte Luft wird vom Radialverdichterlaufrad verdichtet und beschleunigt, wobei eine Leckströmung eine beachtliche Umfangsgeschwindigkeit erhält. Damit nicht durch eine Strömung um das Verdichterlaufrad herum der Arbeitsvorgang gestört wird, muß der Abstand zwischen bewegten und festen Teilen so klein wie möglich sein. Wegen der hohen Umfangsgeschwindigkeiten und Temperaturen sind berührende Abdichtungen, wie z. B. im Pumpenbau üblich, hier nicht möglich, so daß der Abstand nicht Null sein kann, da ein Anstreifen vermieden werden muß. Deshalb wird üblicherweise mit einer Vielzahl von Drosselkanten im Dichtungsspalt, einer sogenannten Labyrinthdichtung, gearbeitet, die zusätzlich zu der im Dichtspalt radial außenliegenden Erweiterung, die durch Verwirbelung des Leckstroms zu einem großen Teil seine Geschwindigkeitskomponente in eine Druckkomponente umwandelt, die Leckströmung verwirbelt und somit zum Druckabbau beitragen soll. Die Größe des Leckstroms ist im wesentlichen von der Qualität der Labyrinthdichtung abhängig und beträgt im allgemeinen ca. 3 bis 5 Promille des Hauptstroms. Die unvermeidlich auftretenden kleinen Exzentrizitäten, im besonderen durch die eigene Schwerkraft des Radialverdichterlaufrades führt zu drehzahlfremden Biegeschwingungen und zu unterschiedlichen radialen Spaltweiten. Damit verändern sich der örtliche Spaltverlust und die Verteilung der Umfangskräfte am Verdichterlaufrad. In den engen Spaltweiten wird der Leckstrom zusätzlich beschleunigt, es entsteht ein Unterdruck und somit eine zusätzliche Querkraft zur Achse des Verdichterlaufrades, die die Biegeschwingungen verstärkt. Damit werden die Lager des Verdichterlaufrads stark belastet, es kann sogar zur Zerstörung derselben kommen. Man spricht deshalb von einer Grenzleistung, bedingt durch diese sogenannte Spalterregung, über die eine Strömungsmaschine, in der das Verdichterlaufrad umläuft, nicht betrieben werden kann.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in den Dichtspalt zwischen dem Radialverdichterlaufrad und dem Gehäuse einer Strömungsmaschine die Umfangsgeschwindigkeitskomponente der Leckströmung vor dem Eintritt in das sich radial erstreckende Labyrinth zu behindern, so daß eine Spalterregung weitgehend vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Spaltbereich der radial außenliegenden Erweiterung mehrere umfangsmäßig voneinander beabstandete, strömungsleitende Elemente vorgesehen sind, die die Erweiterung im Querschnitt bis auf einen minimalen Spalt ausfüllen. Die strömungsleitenden Elemente sind mit dem Gehäusedeckel verbunden, so daß sie stillstehen und die Umfangskomponente des Leckstroms behindern und diesen gleichzeitig radial in Richtung des Labyrinths leiten.

Eine Einrichtung zum dynamischen Stabilisieren eines Radialverdichterlaufrades gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung in einer Ausführungsform beispielhaft veranschaulicht. Die Zeichnung zeigt schematisch in

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch ein Radialverdichterlaufrad mit einem Dichtungsspalt und der erfindungsgemäßen Einrichtung zwischen demselben und dem Gehäusedeckel einer Strömungsmaschine;

Fig. 2 eine Teilansicht gemäß II-II nach Fig. 1 des Gehäusedeckels mit der erfindungsgemäßen Einrichtung.

In Fig. 1 sind bei einem Radialverdichterlaufrad 1 die Radschaufeln mit 2 und die Radscheibe mit 3 gekennzeichnet. Die Radscheibe 3 ist von einem Gehäusedeckel 4 mittels eines Dichtspalts 5 beabstandet. Der Dichtspalt 5 ist zwischen dem feststehenden Gehäusedeckel 4 und der umlaufenden Radscheibe 3 radial geführt und weist in radialer Richtung außenliegend eine zur Verwirbelung der Leckströmung, die durch einen Ringspalt 12 zwischen der Radscheibe 3 und dem Gehäuse 13 mit großer Umfangsgeschwindigkeit in den Dichtspalt 5 eintritt, dienende Erweiterung 6 und in radialer Richtung innenliegend einen aktiven Dichtungsbereich in Form eines Labyrinths 7 auf.

Im Spaltbereich der Erweiterung 6 sind strömungsleitende Elemente 8 bis auf einen minimalen Spalt 9 zwischen Radscheibe 3 und dem Element 8 die Erweiterung 6 im Querschnitt ausfüllend, umfangsmäßig voneinander beabstandet an die Radscheibe 3 angeschraubt, so daß sie radial gerichtete Rippen bilden.

In Fig. 2 ist eine besondere Ausführung der strömungsleitenden Elemente 8 dargestellt. Die Elemente 8 sind als U-förmige Bleche ausgebildet, wobei die flächige Unterseite 10 an den Gehäusedeckel 4 geschraubt und die rippenförmigen Seitenteile 11 in der dargestellten Weise in radialer Richtung geführt sind. Die Rippen 11 bildenden Elemente 8 sind gleichmäßig voneinander beabstandet, wobei der umfangsmäßige Abstand vorzugsweise gleich einer radialen Länge einer Rippe 11 ist.

Die Rippen 11 können auch durch angeschweißte Bleche oder durch angefräste Kammern im Gehäusedeckel 4 realisiert sein. Es sind auch an den Gehäusedeckel angegossene Rippen denkbar.

Durch die strömungsleitenden Elemente 8 und ihrer erfindungsgemäßen Anordnung in der Erweiterung 6 des Dichtspalts 5 wird die Umfangsgeschwindigkeitskomponente der Leckströmung stark behindert, so daß die Geschwindigkeitskomponente in der Erweiterung 8 größtenteils in eine Druckkomponente umgesetzt wird, die im Labyrinth 7 größtenteils abgebaut werden kann. Dadurch wird eine Spalterregung in befriedigender Weise vermieden, die Biegeschwingungen reduziert und somit das Radialverdichterlaufrad 1 dynamisch stabilisiert.

Claims (3)

1. Einrichtung zum dynamischen Stabilisieren eines Radialverdichterlaufrads, das durch einen radial geführten Dichtspalt vom feststehenden Gehäusedeckel beabstandet ist, wobei der Dichtspalt in radialer Richtung außenliegend eine zur Verwirbelung der Leckströmung dienende Erweiterung und in radialer Richtung innenliegend einen aktiven Dichtungsbereich in Form eines Labyrinths aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Behinderung der Umfangskomponente der Leckströmung im Spaltbereich der Erweiterung (6) mehrere umfangsmäßig voneinander beabstandete, strömungsleitende Elemente (8) vorgesehen sind, die mit dem Gehäusedeckel (4) verbunden sind und die Erweiterung (6) im Querschnitt bis auf einen minimalen Spalt (9) ausfüllen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (8) als Rippen (11) ausgebildet sind, die einen umfangsmäßigen Teilungsabstand aufweisen, der annähernd der radialen Länge einer Rippe (11) entspricht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (11) durch angeschraubte U-förmige Bleche (10, 11) realisiert sind.