-
Hintergrund
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft generell Zentrifugalkompressoren
und insbesondere eine Diffusorstruktur für Zentrifugalkompressoren.
-
Eines
der Hauptprobleme, die bei der Verwendung von Zentrifugalgaskompressoren
auftreten, ist dasjenige, Strömungsstabilisierung
aufrechtzuerhalten, wenn die Kompressorlast über einen weiten Bereich hin
variiert. Der Kompressoreinlass, das Laufrad und Diffusordurchgänge müssen größenmäßig angepasst
sein, um für
die maximale Volumenflussrate zu sorgen. Wenn eine relativ geringe
Volumenflussrate durch einen solchen Kompressor besteht, wird demgemäß der Fluss
in folgender Weise instabil. Wenn die Volumenflussrate von einem
stabilen Bereich reduziert wird, wird in einen Bereich geringfügig instabilen
Flusses eingetreten. In diesem Bereich tritt eine teilweise Umkehr
des Flusses in dem Diffusordurchgang auf, was Geräusche erzeugt und
die Kompressoreffizienz reduziert. Unterhalb dieses Bereichs tritt
der Kompressor in das ein, was als Pumpen (surge) gekannt ist, wobei
es vollständige Flussumkehrungen
in dem Diffusordurchgang gibt, was die Effizienz der Maschine vernichtet
und die Unversehrtheit der Maschinenelemente gefährdet. Da ein weiter Bereich
von Volumenflussraten bei den meisten Kompressoranwendungen wünschenswert ist,
wurden vielfältige
Modifikationen vorgeschlagen, um die Flussstabilität und Maschineneffizienz
bei geringen Volumenflussraten zu verbessern.
-
US-Patent
3 992 128 offenbart einen variablen Diffusor mit geschwenkten Leitelementen.
Anspruch 1 ist gegenüber
dieser Offenbarung abgegrenzt.
US
4 355 953 offenbart eine Turbine mit anpassbaren Führungsleitelementen.
-
In
US-Patent 3 362 625 ist ein Leitelement-freier Diffusor vorgesehen
mit Flussbegrenzern, die dazu dienen, den Fluss innerhalb des Diffusors
zu regulieren in einem Bemühen,
Stabilität
bei geringen Volumenflussraten zu verbessern. In US-Patenten 2 996 996
und 4 378 194 sind Diffusoren mit Leitelementen variabler Breite
beschrieben, wobei die Diffusorleitelemente sicher, z.B. durch Anschrau ben,
an einer der Diffusorwände
befestigt sind. Die Leitelemente sind angepasst, durch in der anderen
Wand ausgebildete Öffnungen
zu verlaufen und erlauben so, die Geometrie des Diffusors in Reaktion auf
sich ändernde
Lastbedingungen zu ändern.
Obwohl ein Diffusor mit Leitelementen gegenüber einem leitelementlosen
Diffusor bevorzugt ist, weil ein Diffusor mit Leitelementen beim
Auslegungseinfallswinkel effizienter ist als ein leitelementloser
Diffusor, wiesen Diffusoren mit Leitelementen variabler Breite eine Anzahl
von Problemen auf, insbesondere hinsichtlich der Herstellung, Wartung
und des Betriebs der Maschine. Solche Probleme wurden bei dem in
US-Patent 5 807 071 gezeigten Diffusor mit Leitelementen überwunden,
wobei ein Paar von miteinander verbundenen Ringen vorgesehen ist,
um zusammen die Flussdurchgänge
zu definieren, die auswählbar durch
Drehen eines der Ringe variiert werden können.
-
Ein
weiterer Ansatz für
einen Diffusor mit variablen Leitelementen ist in US-Patent Nr.
5 683 223 gezeigt, wobei die einzelnen Leitelemente im Einklang
miteinander auswählbar
gedreht werden mittels eines damit verbundenen Mechanismus, um sich dadurch
den variablen Lastbedingungen anzupassen. Im Allgemeinen ist eine
solche Anordnung problematisch hinsichtlich zweier Gesichtspunkte.
Erstens ist es schwierig, die genaue Kontrolle zu erreichen, die
nötig ist,
um die Gleichmäßigkeit
bei der Positionierung der einzelnen Leitelemente zu erhalten. Das
heißt,
wenn es z.B. erwünscht
ist, dass alle Leitelemente geschlossen sind, kann jede Ungenauigkeit
bei dem Positionierungsmechanismus es einem oder mehreren der Leitelemente
leicht ermöglichen,
in einer teilweise offenen Position zu sein, wodurch Ineffizienzen
eingeführt
werden, die unerwünscht
sind. Diese Ungleichförmigkeiten
werden durch die Existenz verschiedener Toleranzen und der Abnutzung
der Komponenten, die typisch für
solche Maschinen sind, weiter verkompliziert. Zweitens neigen die
wesentlichen Kräfte,
die auf die Vorderkanten solcher Leitelemente variabler Position
ausgeübt werden,
tendenziell dazu, Vibration von deren Vorderkanten zu bewirken und
so die dynamische Stabilität
zu beeinträchtigen.
Um diese Vibrationen zu kontrollieren oder zu eliminieren, ist es
notwendig, einen sehr starken, haltbaren und stabilen Leitelement-Positionierungsmechanismus
bereitzustellen, der in Gedanken an solche Gesichtspunkte ausgelegt
ist.
-
Obwohl
es einige herkömmliche,
mit Leitelementen versehene Diffusoren gibt, die für den variablen
Leitelementwinkel durch Drehen um einen Schwenkpunkt sorgen, wurde
die Positionierung des Schwenkstifts nicht für die beste Leistung des Diffusors
optimiert.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, in einem Zentrifugalkompressor
einen mit Leitelementen versehenen Diffusor vorzusehen, wobei die Leitelemente
variabel positioniert und auswählbar kontrolliert
sind, um effektiv und genau den Zwischenabstand der Leitelemente
zu variieren, um sich den variablen Lastniveaus in dem Kompressor
anzupassen.
-
In Übereinstimmung
mit der Erfindung ist ein mit Leitelementen versehener Diffusor
vorgesehen, wie er in Anspruch 1 beansprucht ist.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist mindestens ein Leitelementmontagemittel vorgesehen, wobei jedes
Leitelement einen Schwenkstift aufweist, der nahe seiner Vorderkante
angeordnet ist und zum Positionieren seines Leitelements dient,
wobei ein Betätigungsmechanismus
mit jedem Leitelement nahe seiner Hinterkante zusammenwirkt und betätigbar ist,
um das Leitelement an der Achse ihres Schwenkstifts zu drehen, und
mit einem Schlitz in jedem Leitelement, um eine Relativbewegung
zwischen dem Leitelement und dem Montagemittel zu ermöglichen,
wenn sie relativ zueinander gedreht werden. Eine solche Anordnung
schafft eine positive und genaue Positionierung der Leitelemente,
um so einen stabilen Fluss von Gasen durch diese hindurch aufrechtzuerhalten.
-
In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Betätigungsmechanismus
eine Welle und eine zugehörige
exzentrische Nockenoberfläche
auf, die mit dem Leitelement zusammenwirkt, wobei die Welle drehbar
ist, um das Leitelement drehen zu lassen.
-
In
einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Schwenkstift integral
mit dem Leitelement.
-
In
noch einem anderen Aspekt der Erfindung befindet sich der Schlitz
nahe der Hinterkante des Leitelements, und die Nockenoberfläche ist
in dem Schlitz angeordnet.
-
In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Schwenkstift in
dem Schlitz angeordnet.
-
In
noch einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Nockenoberfläche rund
und ist in einer runden Öffnung
in dem Leitelement montiert.
-
In
einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Betätigungsmechanismus
einen Ring auf, der mit jedem der Leitelemente mittels eines Betätigungsstifts
verbunden ist, und Mittel zum Drehen des Rings, um die Leitelemente
im Wesentlichen im Einklang miteinander zu bewegen.
-
In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Betätigungsstifte
integral mit dem rotierbaren Ring und sind in den in den Leitelementen
ausgebildeten Öffnungen
angeordnet.
-
In
noch einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Leitelementöffnungen
länglich,
um eine Hin-und-Herbewegung zwischen den Betätigungsstiften und den Leitelementen
zu ermöglichen.
-
In
noch einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Betätigungsstifte
integral mit den Leitelementen und sind in den Öffnungen in dem rotierbaren Ring
angeordnet.
-
In
noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wurde die Position des
Schwenkstifts optimiert, um Leistungsverluste zu reduzieren, die
ansonsten an den Verengungen der Flusskanäle auftreten würden.
-
Die
obigen und weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen klarer.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Zentrifugalkompressors mit einer
darin ausgebildeten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist
eine perspektivische Explosionsansicht des Leitelements und des
Nockenbereichs davon in Übereinstimmung
mit der bevorzugten Ausführungsform.
-
3A und 3B zeigen
eine alternative Ausführungsform
des Leitelements und dessen Nockenelement.
-
4 ist
eine Schnittansicht des Leitelements und des Nockenelements, gesehen
entlang der Linie 4-4 aus 3A.
-
5 ist
eine teilweise weggeschnittene Ansicht der Leitelemente und deren
Betätigungsring
in Übereinstimmung
mit der bevorzugten Ausführungsform.
-
6 und 7 sind
perspektivische Front- und Rückseitenansichten
davon.
-
8 ist
eine schematische Veranschaulichung einer Seitenansicht der vorliegenden
Erfindung, wenn sie in einem Zentrifugalkompressor installiert ist,
in Übereinstimmung
mit der bevorzugten Ausführungsform.
-
9 ist
eine Schnittansicht eines Leitelements und seines Montagemechanismus.
-
10 ist
eine Axialansicht der Diffusorleitelemente, wenn sie in dem System
montiert sind.
-
11 ist
eine schematische Veranschaulichung eines Bereichs einer Diffusorvorrichtung,
die die Verengung eines Kanals zeigt.
-
12A und 12B sind
axiale Teilansichten der Diffusorleitelemente, die die Position
des Schwenkstifts in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigen.
-
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
Bezugnehmend
auf 1 ist die Erfindung allgemein als 10 gezeigt,
wie sie eingebaut ist in einen Zentrifugalkompressor mit einem Laufrad 11 zum
Komprimieren von Kühlmittelgas
auf einen Zustand hohen Drucks und hoher kinetischer Energie, wonach
es zu dem Diffusor 12 strömt, wo die kinetische Energie
in potenzielle Energie oder statischen Druck umgewandelt wird, und
schließlich
wird es zu dem Kollektor 13 weitergeleitet, wo bewirkt
wird, dass der Druck gleichmäßig wird
vor dem Eintreten in die Auslassleitung.
-
Anfänglich wird
bewirkt, dass das Kühlmittel in
das Ansauggehäuse 14 eintritt
und durch die Einlassführungsleitelemente 16 strömt. Das
Flussvolumen wird in einer ziemlich herkömmlichen Weise durch Anpassen
des Zwischenabstands der Einlassführungsleitelemente 16 mittels
Rillenscheiben 17 und Kabeln 18, wie sie durch
einen Antriebsmotor 19 angetrieben sind, kontrolliert.
In einer ähnlichen,
aber nicht herkömmlichen
Weise wird der Zwischenabstand der Diffusorleitelemente 21 selektiv
variiert durch einen Betätigungsmechanismus,
der einen Antriebsmotor 22 und eine Kurbelverbindung aufweist, die
eine Antriebswelle 23, einen Kragen mit einem Betätigungsarm 24,
einen Verbindungsarm 26 und eine Antriebsrillenscheibe 27 aufweist.
Im Betrieb dreht der Antriebsmotor 22 selektiv die Antriebswelle 23 zusammen
mit dem Kragen 24, um dadurch den Verbindungsarm 26 dazu
zubringen, sich zu verlagern und die Antriebsrillenscheibe 27,
mit der er verbunden ist, zu drehen. Die Drehung der Antriebsrillenscheibe 27 lässt das
Kabel 28 sich bewegen aufgrund der mechanischen Kooperation
mit diesem, und die anderen Rillenscheiben 29 werden dann
im Einklang mit der Antriebsrillenscheibe 27 drehen gelassen.
Da jede Rillenscheibe 29 mit einer Betätigungswelle 31 verbunden
ist, bewirkt eine Drehung der Rillenscheiben 29 eine Drehung
der Betätigungswellen 31,
was zu einer Bewegung der Diffusorleitelemente 21 in einer
Weise, wie sie hierin im Anschluss vollständiger beschrieben wird, führt.
-
Es
soll erkannt werden, dass die hierin gezeigte und beschriebene Antriebsanordnung
aus Rillenscheibe und Kabel lediglich einer von mehreren Ansätzen ist,
die für
den Zweck der Betätigung
des Leitelement-Bewegungsmechanismus verwendet werden können, und
sie sollte daher als ein einfaches mechanisches Beispiel der vielen
Möglichkeiten
angesehen werden, die z.B. verschiedene Alternativen mechanischer,
hydraulischer oder elektrischer Antriebssysteme aufweisen können. Eine
Zahnstangenantriebsanordnung wird später als ein bevorzugter mechanischer
Ansatz beschrieben.
-
Bezugnehmend
nun auf 2 sind die Diffusorleitelemente 21 und
die Betätigungswelle 31 in
genaueren Einzelheiten gezeigt. Zur Einfachheit ist das Diffusorleitelement 21 derart
gezeigt, dass sie eine dreieckige Form aufweist, aber in Wahrheit
wäre es für aerodynamische
Leistung optimiert und hätte
daher eine im Allgemeinen dreieckige Form, könnte aber verschiedene spezifische
Formen haben. Es hat eine Vorderkante 32 und eine Hinterkante 33,
wobei der Fluidfluss an jeder Seite des Leitelements 21 von der
Vorderkante 32 hin zu der Hinterkante 33 strömt. Nahe
der Vorderkante 32 befindet sich ein Schwenkstift 34,
der von einer Seite 36 davon nach außen ragt, um das Leitelement 21 zu
montieren und zu positionieren. In der bevorzugten Ausführungsform
ist der Schwenkstift 34 drehbar an einer festen Achse so montiert,
dass eine Drehbewegung des Leitelements 21 um die Achse
in einer Weise, wie sie hierin im Anschluss vollständiger beschrieben
wird, ermöglicht wird.
-
Nahe
der Hinterkante 33 des Leitelements 21 befindlich
erstreckt sich ein Schlitz 37 entlang einer Längsebene,
die sich zwischen der Vorderkante 32 und der Hinterkante 33 erstreckt.
Die Betätigungswelle 31 hat
einen versetzten Stift 38, der exzentrisch von ihrem einen
Ende ragt, wie gezeigt. Wenn der versetzte Stift 38 in
dem Schlitz 37 installiert ist, bewirkt eine Drehung der
Betätigungswelle 31 eine
Seite-zu-Seite-Bewegung der Hinterkante 33, wobei jede
Relativbewegung zwischen dem versetzten Stift und dem Leitelement 21 durch
die Längsbewegung des
versetzten Stifts 38 in dem Schlitz 37 aufgenommen
wird. Die vordere Anordnung des Schwenkstifts 34, wie gezeigt,
sorgt für
dynamische Stabilität
bei minimaler Vibration an der Vorderkante 32 des Leitelements 21.
Spielraum- und Ausrichtungsprobleme werden durch die Tatsache minimiert,
dass die Betätigungswelle 31 dazu
ausgelegt ist, mit dem Leitelement 21 zu kooperieren, aber
nicht an diesem befestigt ist. Schließlich ermöglicht es die Nockenwirkung des
versetzten Stifts 38, genaue Anpassungen in der Leitelementposition
zu machen, da relativ große Drehbewegungen
der Betätigungswelle 31 nötig sind,
um relativ geringe Drehbewegungen des Leitelements 21 zu
bewirken.
-
Eine
alternative Ausführungsform
des Leitelements und seiner zugehörigen Montage- und Betätigungsmittel
ist in den 3 und 4 gezeigt.
Hier hat das Leitelement 41 einen sich längs erstreckenden
Schlitz 42, der sich nahe der Vorderkante 43 des Leitelements 41 befindet,
und eine kreisförmige Öffnung 44,
die sich nahe der Hinterkante 46 davon befindet. Die Montageanordnung
weist einen festen Schwenkstift 45 auf, der in den Schlitz 42 derart passt,
dass das Leitelement 41 sich um seine Achse drehen kann.
Der Betätigungsmechanismus
weist eine drehbare Welle 47 auf, die wie gezeigt eine
starr an ihrem Ende in einer exzentrischen Weise befestigte Scheibe 48 aufweist.
Eine Drehung der Welle 47 innerhalb ihrer Lager 49 und 51 bewirkt
eine Drehung der Scheibe 48 innerhalb der kreisförmigen Öffnung 44,
um dadurch zu einer Drehung des Leitelements 41 um die
Achse des Schwenkstifts 45 zu führen. Jede Radialbewegung der
Scheibe des Leitelements 41, die durch die exzentrische
Wirkung der Scheibe 44 bewirkt ist, wird durch die Längsbewegung
des Schwenkstifts 45 innerhalb des Schlitzes 42 aufgenommen.
Obwohl der Schlitz 42 als linear und in der Form längs ausgerichtet
gezeigt ist, kann er von der Längsrichtung
angewinkelt angeordnet oder sogar gekrümmt sein, um die Kontrolle
der Vorderkante 43 zu optimieren.
-
Sich
nun wieder der bevorzugten Ausführungsform
zuwendend, wird auf die 5 bis 7 Bezug
genommen, in denen mehrere Einzelheiten in Bezug auf das Betätigungssystem
zum Variieren des Zwischenabstands der Leitelemente gezeigt sind. Ein
Diffusorgehäuse 52 ist
aus einem Paar ringförmiger
Komponenten, einer Flanschplatte 53 und einem Lagerring 54 aufgebaut,
die durch eine Mehrzahl von Schrauben 56 und Abstandhaltern
(nicht gezeigt) in beabstandeter Beziehung aneinander befestigt
sind, so dass ein Diffusorkanal 57 dazwischen definiert
ist, um die Diffusorleitelemente 21 anzuordnen und um den
Fluidfluss zu leiten, der radial nach außen von dem in einer zentralen Öffnung darin
montierten Laufrad (nicht gezeigt) strömt. An einer Innenoberfläche 59 der
Flanschplatte 52 starr befestigt und von dieser ragend
sind eine Mehrzahl von Schwenkstiften 34, an denen die
Diffusorleitelemente 21 drehbar montiert sind. Der Spielraum
zwischen den Schwenkstiften 34 und den Öffnungen in den Leitelementen 21 ist
ausreichend, um eine einfache Drehung der Leitelemente an den Schwenkstiften 34 zu ermöglichen,
aber nicht so groß,
dass eine wesentliche translatorische oder vibratorische Bewegung zwischen
den Komponenten ermöglicht
wird.
-
Der
Lagerring 54 hat einen darin ausgebildeten ringförmigen Kanal 61,
um einen Koordinationsring 62 darin drehbar aufzunehmen
(siehe 6 und 7), wobei Lager 63 für eine reibungsarme
und einfache Rotation des Rings 62 vorgesehen sind. Eine
Seite 64 an dem Ring 62 hat eine Mehrzahl von umfangsmäßig beabstandeten
Betätigungsstiften 66, die
davon abnagen, für
eine Kooperation mit den jeweiligen Schlitzen 37 der Diffusorlleitelemente 21 (siehe 5 und 7).
Eine Drehung des Rings 62 bewirkt daher, dass alle Leitelemente 21 gleichmäßig ihren
Zwischenabstand durch Drehen um die jeweiligen Achsen ihrer Schwenkstifte 34 ändern. Während einer
solchen Drehung bewegen sich die Betätigungsstifte 66 in
der radialen Richtung in Bezug auf ihre jeweiligen Leitelemente,
und diese Relativbewegung wird durch die Bewegung der Betätigungsstifte 66 innerhalb
ihrer jeweiligen Schlitze 37 aufgenommen.
-
Es
sollte erkannt werden, dass das Potenzial für Abnutzung, Spiel und Ungenauigkeiten
bei der Positionskontrolle der Leitelemente minimiert ist, weil der
Koordinationsring 62 intern innerhalb des Diffusors montiert
ist und eng mit den Leitelementen 21 in einer sehr einfachen,
robusten und kosteneffizienten Weise, wie beschrieben, gekoppelt
ist. Weil die Bewegung der Stifte und der Leitelemente sich einander eng
annähern,
ist ferner die Gleitbewegung minimiert, und die Anpassung einzelner
Leitelemente wird überflüssig, wodurch
der Mechanismus einfach zusammenzubauen und zu warten ist.
-
Sich
nun einem bevorzugten Ansatz zuwendend, wie der Koordinationsring
selektiv rotieren gelassen wird, ist ein Koordinationsring bei 67 in 8 derart
dargestellt, dass er eine durch Schrauben 69 an der Vertiefung 71 des
Koordinationsrings 67 befestigte Zahnstange 68 aufweist.
Die Zahnstange wirkt arbeitsmäßig mit
einem Ritzel, wie in 10 gezeigt, zusammen, wobei
das Ritzel 72 durch den Antriebsmotor 22 und die
Antriebswelle 23, wie in 1 gezeigt,
angetrieben wird. Der Koordinationsring 67 ist durch drei
umfangsmäßig beabstandete
Rollen 73 gehalten, die an seinem inneren Durchmesser angeordnet
sind und die an dem Maschinenrahmen durch die Befestigungsvorrichtung 74,
wie in 8 gezeigt, drehbar befestigt sind. Axialer Halt
des Koordinationsrings 67 wird durch ein Mehrzahl umfangsmäßig beabstandeter
Polster 76 geschaffen, die reibungsmäßig mit einer Seite 77 des
Koordinationsrings 67 zusammenwirken. Das Positionieren
der Polster 76 wird fein-angepasst durch den Anpassungsgewindeschaft 78,
um ein geeignetes Positionieren und axialen Halt des Koordinationsrings 67 zu
ermöglichen.
-
Bevor
in weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung gegangen wird,
wäre es
gut, das Design, wie es in den 6 und 7 gezeigt
ist, noch einmal anzuschauen. Dort ist der Koordinationsring 62 in
einem ringförmigen
Kanal 61 des Lagerrings 54 angeordnet. Wenn die
Dimensionierung der Komponenten und die Passung der einen innerhalb
der anderen genau ist, dann gibt es kein Problem hinsichtlich des
Effizienzverlusts aufgrund von Widerstand, der durch ein nach vorne
gerichtetes Element bewirkt sein kann. Wenn jedoch eine der Komponenten
einen Rand hat, der axial in die Strömung des Fluidflusses ragt,
wenn dieser radial auswärts
strömt,
dann wird die Effizienz reduziert. Wenn z.B. die vordere Fläche (d.h.
die Fläche,
die in 6 nicht zu sehen ist, aber in 7 zu
sehen ist) des Koordinationsrings 62 axial über die
vordere Fläche
des Lagerrings 54 ragt, dann ragt ihr radial innerer Rand
in die Flussströmung,
um eine unnötige
Beschränkung
des Flusses zu schaffen. Wenn andererseits die vordere Fläche des
Koordinationsrings 62 sich nicht so weit nach vorne erstreckt
wie die korrespondierende Fläche des
Lagerrings 54, dann wird der radial äußere Rand des ringförmigen Kanals 61 der
Flussströmung
ausgesetzt. Dieses Problem wird durch das Design der 8 bis 10 überwunden,
wobei der Koordinationsring 67 nicht innerhalb eines ringförmigen Kanals 61,
wie in 6 gezeigt, zurückgesetzt
ist, sondern sich stattdessen radial auswärts an dem äußeren Rand des Lagerrings 54 befindet,
wie in 9 und 10 gezeigt. Hierbei gibt es,
wie zu sehen, keinen umgebenden Bereich der Struktur des Lagerrings 54, der
die Leistung wie oben beschrieben beeinträchtigen kann. Damit der Koordinationsring 67 sich
nicht axial über
die Fläche
des Lagerrings 54 erstreckt, so dass er das oben beschriebene
Problem erzeugt, wird er dementsprechend absichtlich mit einer kleineren
axialen Dicke ausgebildet, wie in 9 gezeigt, so
dass er niemals in die Flusströmung
ragt. Das Problem, dass dies bei dem Design der 6 erzeugt haben
würde,
wie oben beschrieben, wird verringert, da es keine Lagerringstruktur
gibt, die in die Flussströmung
ragen kann. Eine solche Anordnung vereinfacht auch den Bearbeitungsprozess,
verglichen mit demjenigen, der für
den ringförmigen
Kanal 61 aus 6 nötig ist. Wie in 9 zu
sehen ist, als Ergebnis davon, dass der Koordinationsring 67 radial auswärts angeordnet
ist, die radial äußere Oberfläche 79 des
Koordinationsrings 67 auch vorzugsweise im Wesentlichen
radial ausgerichtet mit den hinteren Kanten 33 der Leitelemente 21.
-
Ein
weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung betrifft das Positionieren
des Schwenkstifts 34 für
jedes der Leitelemente 21. Bezugnehmend auf 9 ist
zu sehen, dass jedes der Leitelemente 21 sich zwischen
einer von deren Wand 81 des Lagerrings 54 und
einer hinteren Wand 82 der Flanschplatte 53 befindet.
Die Spielräume
an jeder Seite des Leitelements 21 sind vorzusehen minimal,
aber damit das Leitelement 21 in der Lage ist, sich zwischen
den benachbarten Strukturen zu drehen, muss ausreichend Spielraum
vorgesehen sein. Somit ist der Spielraum an jeder Seite des Leitelements
(d.h. zwischen dem Leitelement und der vorderen Wand 81 und
zwischen dem Leitelement und der hinteren Wand 82 an dessen
anderen Seite) in der Größenordnung
von 0,01 bis 0,015 inches (0,25 bis 0,38 mm). Obwohl dieser Spielraum
klein ist, ist er dennoch ausreichend, um einem Teil des Gases,
das zwischen den benachbarten Leitelementen 21 strömt, zu ermöglichen,
in diesem Raum verteilt zu werden. Wenn er nicht kontrolliert wird,
kann dieser verteilte Gasfluss den Fluss von Gas zwischen benachbarten
Leitelementen 21 unterbrechen, wie nun erklärt wird.
-
11 zeigt
einen typischen Leitelementdiffusor mit einer Mehrzahl von Leitelementen 21,
wobei jedes Leitelement 21 eine Druckoberfläche 83 und eine
Saugoberfläche 84 hat,
wobei benachbarte Leitelemente einen Strömungskanal 86 zwischen
diesen definieren. Bei einem solchen Diffusor ist es gebräuchliche
Nomenklatur, die Verengung 87 des Kanals 86 zwischen
benachbarten Leitelementen 21 als den Raum mit der kleinsten
Querschnittsfläche
innerhalb des Kanals 86 oder den Bereich, wo eine Normalprojektion
von einer Saugoberfläche
eines Leitelements durch die Vorderkante 32 des benachbarten Leitelements 21 verläuft, wie
in 11 gezeigt, zu definieren.
-
Es
wurde herausgefunden, dass eine Schlüssel-Fluidvariable, die die
Diffusorleistung beeinflusst, Verengungsgrenzlagenblockage ist.
Das heißt,
dass, wenn ein Schwenkstift an einer Position 88 stromaufwärts der
Verengung 87, wie in 11 gezeigt,
angeordnet ist, der Teil des durch den Kanal fließenden Gases,
der zeitweilig verteilt wird, um in den Raum zwischen dem Leitelement 21 und
der Vorderseite 81 zu strömen, wie in Bezug auf 9 gezeigt
und diskutiert, durch den Schwenkstift 31 unterbrochen
wird, wenn er über
diesen fließt,
um dadurch Turbulenzen zu erzeugen, welche, wenn sie in die Verengung 87 eindringen,
eine Grenzschicht an der Seite der Verengung erzeugen, um dadurch
Leistungsnive aus des Diffusors wesentlich zu reduzieren. In Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung sind diese Verluste durch geeignetes Anordnen des
Schwenkstifts, wie es nun erklärt
wird, reduziert oder eliminiert.
-
12a und 12b zeigen
ein Paar benachbarter Leitelemente 21 in jeweils der vollständig geöffneten
und der vollständig
geschlossenen Position. In 12a ist
zu sehen, dass der Schwenkstift 34 beträchtlich stromabwärts der
Verengung 87 angeordnet ist, und in 12b ist
der Stift 34 immer noch stromabwärts der Verengung 87,
obwohl er nicht so weit stromabwärts
ist. Aus diesem Grund wird kein Anteil des durch die Verengung 87 strömenden Flussstroms
durch die Turbulenz über
dem Schwenkstift 34 beeinflusst. Obwohl es immer noch einigen Fluss über den
Schwenkstift 34 gibt mit einer in dem Kanal 86 stromabwärts des
Schwenkstifts 34 erzeugten Turbulenz, dringt diese Turbulenz
oder Grenzschicht nicht in die Verengung 87 ein, um so
die Leistung des Diffusors zu reduzieren.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine Anzahl spezifischer
Ausführungsformen
beschrieben wurde, soll verstanden werden, dass der Umfang der vorliegenden
Erfindung durch Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche bestimmt ist.