DE4213279A1

DE4213279A1 - Multistage axial flow compressor - has sequence of impeller crowns with one crown having opposite flow direction to adjacent crown

Info

Publication number: DE4213279A1
Application number: DE19924213279
Authority: DE
Inventors: Edgar Waitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-04-16
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 1993-10-21

Abstract

Multistage compressor of the axial type in which the impeller (1) consists of two or more impeller crowns (2) arranged in a straight line, offset, or in some other way, such that the impeller blades (3) of one impeller crown always exhibit a constant opposite delivery direction to that of the following impeller crown. Guide arrangement such as wall-like reversal blades (4) inclusive of guide wheels (5) are provided for the guidance of the delivery medium from one crown to another. USE/ADVANTAGE - Configuration which offers a considerably enlarged pressure ratio for fans, blowers and small compressor installations.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine axiale Strömungsmaschi ne mit einem Laufrad oder mehreren Laufrädern, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und 2. Sie ist als eine mehrstufige Sonderbauform von Axialmaschinen einzuordnen, die für die Förderung und Verdichtung von Gasen und Dämpfen, für Flüssigkeitspumpen sowie auch der Umwandlung von Bewegungsenergie in mechanische Energie ausführbar ist. Die Darstellung der Erfindung erfolgt am Beispiel eines mehrstufigen Axialverdichters.The invention relates to an axial flow machine ne with one or more impellers, according to Preamble of claims 1 and 2. It is as one classify multi-stage special design of axial machines, for the extraction and compression of gases and Steaming, for liquid pumps as well as conversion from kinetic energy into mechanical energy is executable. The invention is illustrated using the example of a multi-stage axial compressor.

Axialverdichter werden nach dem Stand der Technik in ein- oder mehrstufige Maschinen unterteilt, die sich im wesentlichen durch die Anzahl der Laufräder einschließlich dazugehöriger Leiteinrichtungen unterscheiden.Axial compressors are in accordance with the prior art single or multi-stage machines divided into essentially by the number of wheels included differentiate between associated control systems.

Der einstufige Axialverdichter zeichnet sich durch große Fördermengen aus. Er besitzt den Vorteil, daß der weit ausgelegte Außenradius seines Laufrades wirksam ausgenutzt wird. Vorzüge besitzt er auch wegen seiner platzsparenden Bauform und seiner Eigenschaft, leicht in Rohrsystemen eingebaut zu werden. Der einstufige Axialverdichter ist zugleich geräuscharm. Er besitzt jedoch den Nachteil, daß sein Druckverhältnis gering ist.The single-stage axial compressor is characterized by large Flow rates. It has the advantage that it is wide designed outer radius of his impeller effectively used becomes. It also has advantages because of its space-saving Design and its property, easy in pipe systems to be installed. The single-stage axial compressor is at the same time quiet. However, it has the disadvantage that its pressure ratio is low.

Es besteht vielfach der Bedarf die Druckverhältnisse dieser Verdichterbauart zu vergrößern. Das ist zum Beispiel zur Verbesserung der Raumbelüftung sowie der Intensivierung von Trocknungsprozessen und Kühlvorgängen der Fall. Mittel, wie Drehzahlerhöhung des Läufers oder verbesserte Laufschaufel ausbildung sind weitgehend ausgeschöpft.There is often a need for the pressure ratios of these To enlarge the compressor design. For example, that is Improve room ventilation and intensify Drying processes and cooling processes the case. Means like Increase in speed of the rotor or improved blade training is largely exhausted.

Höhere Druckverhältnisse erreichen mehrstufige Axialver dichter. Sie beherrschen das Feld der großen Förderströme, z. B. bei Gasturbinen, Flugzeugtriebwerken und Windkanälen. Higher pressure ratios reach multi-stage axialver poet. You master the field of large flows, e.g. B. in gas turbines, aircraft engines and wind tunnels.

Ab Förderströmen von etwa 90 m³/min. arbeiten Turbover dichter wirtschaftlich. Für den sogenannten Kleinanwender bereich kommen sie aus wirtschaftlichen Gründen kaum in Frage.From flow rates of around 90 m³ / min. work Turbover denser economically. For the so-called small user they hardly come in for economic reasons Question.

Der Kolbenverdichter beherrscht das Feld der großen Drücke und ist unterhalb einer Fördermenge von 90 m³/min. wirt schaftlich. Bei niedrigen Drücken ist er nur geeignet, wenn die Fördermengen nicht zu hoch sind. Im wirtschaftlichen Grenzbereich werden Kolbenverdichter mehr und mehr durch Turbomaschinen verdrängt, nicht zuletzt auf Grund der hohen Geräuschemission der Kolbenverdichter.The piston compressor dominates the field of high pressures and is below a flow rate of 90 m³ / min. host socially. At low pressures it is only suitable if the delivery rates are not too high. In the economic Piston compressors are becoming more and more critical Turbomachines displaced, not least because of the high Piston compressor noise emission.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sonderbauart eines mehrstufigen Axialverdichters , wie in den Ansprüchen 1 und 2 angegeben, zu schaffen, mit dessen Hilfe, allerdings unter der Voraussetzung eines größer dimensionierten Laufrades, bei gleichem Förderstrom, ein beachtlich vergrößertes Druckverhältnis für den Lüfter-, Gebläse- und Kleinverdichteranlagenbereich erreicht werden soll.The invention has for its object a special design of a multi-stage axial compressor, as in the Claims 1 and 2 specified to create, with its Help, provided one is bigger dimensioned impeller, with the same flow rate considerably increased pressure ratio for the fan, Blower and small compressor system area can be reached should.

Entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 wird die erfindungsgemäße Aufgabe im Grunde dadurch gelöst, daß ein in sich unterteiltes Laufrad vorgesehen ist, welches, untereinander angeordnete, einzelne Laufradkränze aufweist, wobei die Laufradschaufeln eines jeweiligen Laufradkranzes zum nächstfolgenden Lauf radkranz stets und stetig mit entgegengesetzter Förder richtung ausgebildet sind. Zur Leitung des Förderstromes von Laufrad zu Laufrad sind strömungsdynamisch ausgebildete Leiteinrichtungen, wie Umlenkschaufeln und Leiträder vorge sehen. Seiner charakteristischen Eigenheit entsprechend, wird dieses Laufrad im weiteren als Mehrstufenlaufrad und der Gesamtverdichter als Mehrstufenlaufradverdichter bezeichnet. According to the characteristic features of the Claims 1 and 2 is the object of the invention basically solved by the fact that a divided Impeller is provided, which, arranged one below the other, has individual impeller rings, the impeller blades of a respective wheel rim for the next run wheel rim always and constantly with opposite conveyance direction are trained. To direct the flow from impeller to impeller are fluid dynamically trained Guide devices, such as deflecting vanes and guide wheels see. According to its characteristic peculiarity, this impeller is called a multi-stage impeller and the overall compressor as a multi-stage impeller compressor designated.

Weitere die Erfindung kennzeichnende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.Further features characterizing the invention are in the Subclaims included.

Anhand von Ausführungsbeispielen und beigefügter schemati scher Zeichnungen in Schnittdarstellung, wird die Erfindung nachfolgend heiter erläutert. Es zeigt dieUsing exemplary embodiments and attached schemati shear drawings in section, the invention explained cheerfully below. It shows the

Fig. 1 Mehrstufenlaufradverdichter - mit versetzter Anordnung der Laufräder; Fig. 1 multi-stage impeller compressor - with staggered arrangement of the impellers;

Fig. 2 Mehrstufenlaufradverdichter - dreistufig; Fig. 2 multi-stage impeller compressor - three-stage;

Fig. 3 Mehrstufenlaufradverdichter mit 2 Laufrädern. Fig. 3 multi-stage impeller compressor with 2 impellers.

Ein derartiger Mehrstufenlaufradverdichter axialer Bauart weist im wesentlichen ein Laufrad (1) auf, das in zwei oder mehrere Laufradkränze (2) unterteilt ist. Die Lauf radschaufeln (3) eines jeweiligen Laufradkranzes (2) sind zum vorangehenden oder nachfolgenden Laufradkranz (2) mit entgegengesetzter Förderrichtung ausgebildet. Desweiteren enthält der Verdichter, an den Flanken des Laufrades (1) angeordnet, Leiteinrichtungen, wie Umlenkschaufeln (4) und Leiträder (5), zur möglichst wirbelfreien Leitung des Förderstromes von einem zum anderen Laufradkranz. Die Leit räder (4) und Umlenkschaufeln (5) sind am Gehäuse (9) befestigt.Such an axial type multi-stage impeller compressor essentially has an impeller ( 1 ) which is divided into two or more impeller rings ( 2 ). The impeller blades ( 3 ) of a respective impeller ring ( 2 ) are designed for the preceding or following impeller ring ( 2 ) with the opposite conveying direction. Furthermore, the compressor, arranged on the flanks of the impeller ( 1 ), contains guide devices, such as deflecting vanes ( 4 ) and guide wheels ( 5 ), for guiding the flow of flow from one impeller rim to the other impeller without any vortex. The guide wheels ( 4 ) and deflection blades ( 5 ) are attached to the housing ( 9 ).

Der Lufteintritt erfolgt im äußeren Laufradkranz (2). Die angesaugte Luft erfährt beim axialen Durchströmen des Laufradkranzes (2) durch die Laufradschaufeln eine Be schleunigung. Die erzeugte Strömungsgeschwindigkeit wird in der sich anschließenden Leiteinrichtung (4 und 5), die einen Diffusor bildet, in Druck umgesetzt. The air intake takes place in the outer wheel rim ( 2 ). The sucked-in air experiences acceleration when the impeller ring ( 2 ) flows axially through the impeller blades. The flow velocity generated is converted into pressure in the subsequent guide device ( 4 and 5 ), which forms a diffuser.

Dieser Vorgang wird in den weiteren Laufkränzen (2) und den sich anschließenden Leiträdern (5) sowie Umlenk schaufeln (4) , die jeweils eine Druckstufe bilden, fortwährend wiederholt, so daß damit eine kontinuierliche Druckerhöhung erfolgt.This process is continuously repeated in the further rims ( 2 ) and the subsequent guide wheels ( 5 ) and deflection blades ( 4 ), each of which forms a pressure stage, so that there is a continuous pressure increase.

Ihrer Eigenart und Charakteristik entsprechend sind Mehr stufenlaufradverdichter allgemein mit großem Durchmesser auszulegen, um evtl. eine notwendig große Anzahl an Ver dichterstufen unterzubringen. Die Fördermengen und Druck verhältnisse sind unter Ausnutzung der Laufkranzgrößen, Verdichterstufenanzahl sowie Anzahl, Ausbildung und Stellung der Laufradschaufeln (3) in den Laufradkränzen (2) wie auch des Hintereinanderschaltens mehrerer Mehrstufen laufräder in einem weiten Leistungsbereich konzipierbar.According to their nature and characteristics, multi-stage impeller compressors are generally to be designed with a large diameter in order to accommodate a possibly large number of compressor stages. The flow rates and pressure ratios can be designed using the tread sizes, number of compressor stages and the number, design and position of the impeller blades ( 3 ) in the impeller rings ( 2 ) as well as the connection of several multi-stage impellers in a wide performance range.

Axiale Mehrstufenradverdichter können vorteilhaft mit anderen Verdichterarten gekoppelt eingesetzt werden, wobei deren Laufräder zweckmäßig über eine gemeinsame Welle ange trieben werden.Axial multi-stage wheel compressors can be advantageous with other types of compressors are used coupled, whereby whose impellers are conveniently on a common shaft be driven.

Ein solcher Einsatz kann als Vorverdichter, beispielsweise für Axial-, Radialgebläse oder Kolbenverdichter zur Erhö hung des Wirkungsgrades, Leistungssteigerung und Minderung der Geräuschemission erfolgen. Als Nachverdichter ist die Kopplung mit einer Gebläseart zur Erhöhung des Verdich tungsverhältnisses zweckmäßig.Such an insert can be used as a pre-compressor, for example for axial, radial blowers or piston compressors for increasing efficiency, increase in performance and reduction the noise emission. As a post-compressor Coupling with a fan type to increase the compression appropriately.

Einsatzmöglichkeiten für Mehrstufenradverdichter bestehen insbesondere auf dem Gebiet der Raum- und Fahrzeugbelüf tung. Hier ermöglichen Mehrstufenradverdichter mit hohen Förderströmen und Druckverhältnissen eine optimalere Zirku lation und Umwälzung der Raumluft.There are possible applications for multi-stage wheel compressors especially in the field of space and vehicle ventilation tung. Here, multi-stage wheel compressors with high Flow rates and pressure conditions a more optimal circulation lation and circulation of the indoor air.

Diese Anwendung trifft auch für die Entwicklung von Lüftern und Gebläsen für Kühl- und Trocknungsprozesse zu. This application also applies to the development of fans and blowers for cooling and drying processes.

Die Vorteile eines Mehrstufenradverdichters, als eine Son derbauart von Axialverdichtern, bestehen vor allem darin, daß in einem Verdichterlaufrad je nach ausgelegter Dimension, eine Anzahl von Verdichterstufen modifiziert werden kann. Damit sind Verdichter axialer Bauart auch für die Erzeugung von vergrößerten Druckverhältnissen her stellbar. Sie sind allgemein platzsparend, da sie eine nur geringe Grundstandfläche beanspruchen.The advantages of a multi-stage wheel compressor as a Son of axial compressors, consist primarily of that in a compressor impeller depending on the design Dimension, a number of compressor stages modified can be. This means that compressors are also of an axial design for the generation of increased pressure ratios adjustable. They are generally space saving as they are only one occupy a small footprint.

Mehrstufenradverdichter weisen einen höheren inneren Wider stand als gewöhnliche Axialverdichter auf. Der kleinschrit tige Verdichtungsprozeß ist thermodynamisch vorteilhaft. Der Verdichtungsprozeß verläuft elastisch, kontinuierlich und relativ geräuscharm.Multi-stage wheel compressors have a higher internal resistance got up as ordinary axial compressors. The small step term compression process is thermodynamically advantageous. The compression process is elastic, continuous and relatively quiet.

Mittels Drehzahlreglung sind Förderstrom und Druckverhält nis des Mehrstufenlaufradverdichters in einem weitem Bereich steuerbar.The flow rate and pressure ratio are controlled by means of speed control nis the multi-stage impeller compressor in a wide range Controllable area.

Der Mehrstufenlaufradverdichter kann als Vor- oder Nachver dichter zweckmäßig mit Axial-, Radial- oder auch Kolben verdichtern zur Erreichung höherer Wirkungsgrade und Leistungen sowie Geräuschminderung gekoppelt werden.The multi-stage impeller compressor can be used as a pre or post ver more appropriately with axial, radial or even pistons compress to achieve higher efficiencies and Services and noise reduction are coupled.

Der Mehrstufenlaufradverdichter eignet sich besonders dazu, Luftströme von größeren Eingangsarealen auf kleinere Aus gangsareale umzusetzen. Das ermöglicht z. B. Mauerdurchbrü che für Raumbelüftungen klein zu halten, wodurch Wärmever luste verringert werden. Ebenso ergibt sich eine günstige Verwendung beim Umsetzen von Luftströmen in Kanalsystemen von großen auf kleinere Durchmesser.The multi-stage impeller compressor is particularly suitable for Air flows from larger entrance areas to smaller ones to implement corridors. This enables z. B. Wall breakthrough keep room ventilation small, which means heat losses can be reduced. There is also a cheap one Use when converting air flows in duct systems from large to smaller diameters.

Mehrstufenlaufradverdichter können auch so ausgeführt sein, daß die Förderrichtung des Mediums vom Laufradinnen- zum Laufradaußenkranz erfolgt. Das kann für den Saugbetrieb von Vorteil sein. Solcherart periodisch richtungswechselnde Mehrradausführungen erhöhen weiter die Verdichterwirkung.Multi-stage impeller compressors can also be designed that the direction of the medium from the impeller to Impeller outer ring is made. That can be for the suction operation of Be an advantage. Such periodically changing direction Multi-wheel designs further increase the compressor effect.

BezugszeichenaufstellungList of reference symbols

1 Laufrad
2 Laufradkranz
3 Laufradschaufeln
4 Umlenkschaufeln
5 Leiträder
6 Speichen
7 Antriebswelle 1 impeller
2 wheel rim
3 impeller blades
4 deflection blades
5 idlers
6 spokes
7 drive shaft

Claims

1. Turbomachine of axial design, for example for compressors, characterized in that its impeller ( 1 ) consists of two or more impeller rings ( 2 ) which are arranged in a straight line, offset or in another way, with the impeller blades ( 3 ) one respective impeller ring ( 2 ) to those of the following impeller ring ( 2 ), always and constantly opposite conveying direction.

2. Turbomachine of axial design, for example for compressors, characterized in that guide devices, such as wall-like deflection vanes ( 4 ) including guide wheels ( 5 ) with fluid dynamic training, are provided for the conduction of the pumped medium from the impeller ring ( 2 ) to the impeller ring ( 2 ).

3. Turbomachine of axial design, for example for compressors according to claim 1 and 2, characterized in that large-sized impellers ( 1 ) are provided with spokes ( 6 ) which connect the drive shaft ( 7 ) with drum-shaped impeller rings ( 2 ).

4. axial flow machine, for example for compressors, according to claim 1 and 2, characterized in that the machine is formed from an impeller ( 1 ) or from several impellers ( 1 ) including guide devices ( 4 , 5 ).

5. axial flow machine, for example for Compressor, characterized in that the machine for the coupled operation with other types of Flow machines is executable.