DE6928037U

DE6928037U - Diffusor einer zentrifugalfoerdermaschine

Info

Publication number: DE6928037U
Application number: DE6928037U
Authority: DE
Original assignee: Escher Wyss AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss AG
Priority date: 1968-08-20
Filing date: 1969-07-12
Publication date: 1970-11-19
Also published as: FR2015956A1; CH486636A; GB1270330A; NL6911420A; US3588270A

Description

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Berlin 28 /

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Eecher Wyes /ktiengeaellachaft, Zürich (Schweis)

Diffusor einer Zentrifugalfördomaschin«

Sie Erfindung betrifft einen zwei koaxiale„ nacheinander vom Strömungsmittel durchflossene Schaufelkränze mit drehbaren Leitschaufeln aufweisenden Diffusor.einer Zentrifugalfördermaschine .

Die dem Laufrad nachgeschalteten beschaufelten Diffuseren von Zentrifugalfördermaschinen, wie Verdichtern oder Pumpen_a haben den Zweck, das mit grosser Geschwindigkeit aus den Laufrad austretende Strömungsmittel zu verzögern und damit die im Strömungsmittel enthaltene kinetische Energie In Drudcsner^is usiZiisstzsHi Es ist absr bsksimt dass äs? Vsr—~ ■, zögerung der Strömung in einem Schaufelgitter Grenzen gesetzt sind, weil sich an der Schaufeloberfläche eine Grenzschicht mit verminderter Strömungsgeschwindigkeit bildet, die bald nicht mehr genügend Energie besitzt, um den Druckanstieg der ungestörten Strömung mitmachen zu können. Die Strömung löst sich dann von der Schaffelcberflächs ab. In jsnsn Fällen, in denen ein mit Ueberschallgeschwindigkeit aus dem Laufrad austretenden Gas zu verzögern ist und im Schaufel— gitter ein Verdxchtungsstoss auftritt, ist die Gefahr einer Strömungsablösung hinter dem Verdichtungsstoss besonder«*

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Eine bekannte Massnahme zur Verminderung der Ablösungsgefahr und der im Diffusor auftretenden Strömungsverluste bzw. zur Steigerung der im Diffusor möglichen Druckerzeugung besteht darin, dass die Verzögerung der Strömung auf zwei koaxiale, nacheinander vom Strömungsmittel durchflossene Schaufelkränze aufgeteilt wird. Wird dabei darauf geachtet, dass die Schaufeln des zweiten Schaufelkranzes vom ungestörten Teil der den ersten Schaufelkranz verlassenden \ Strömung angeströmt werden, so bildet sich an den Schaufeln des zweiten Schaufelgitters eine neue Grenzschicht, die nun in der Lage sein kann, den weiteren Druckanstieg ohne Strömungsablösung mitzumachen. Für das gute Arbeiten des Diffusors ist somit die Wahl der relativen Lage der beiden Schaufelkränze zueinander von wesentlicher Bedeutung,

Es ist ferner bekannt, zur Anpassung des Diffusors an sich ändernde Bet3?iebszustände der Maschine, den Schaufelkranz bzw. die Schaufelkränze mit drehbaren Leitschaufeln zu versehen. Wird diese Massnahiae auf einen Diffusor mit zwei nacheinander vom Strömungsmittel durchflossenen Schaufelkränzen angewendet, so ändert sich beim Drehen der Leitschaufeln die Richtung der aus dem ersten Schaufelkranz austretenden Strömung. Die Leitschaufeln des zweiten Schaufelkranaes können daher mit Bezug auf die von den Schaufeln des ersten Kranzes abgehenden Grenzschichten in eine we-. sentlich ungünstigere Lage gelangen als zuvor. Die Aufteilung der Druckerzeugung auf zwei Schaufelkränze bringt dann keinen Vorteil mehr, und der Wirkungsgrad des Diffusors wird schlechter. Die mit der Drehbarkeit der Leitschaufeln erstrebte Anpassungsfähigkeit des Diffusors an·veränderte Be-

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triebsverhältnisse <vird somit nur in beschränktem Masse erreicht.

Die Erfindung soll diesbezüglich eine Verbesserung bringen. Bei einem zwei koaxiale, nacheinander vom Strömungsmittel durchflossene Schaufelkränze mit drehbaren Leitschaufeln aufweisenden Diffusor einer Zentrifugalfördermaschine sind zu diesem Behufe die Drehachsen der Schaufeln des einen Schaufelkranzes relativ au den Drehachsen der Schaufeln des anderen Schaufelkranzes in dessen Umfangsrichtung verschiebbar.

Durch diese Massnahme wird der Vorteil erreicht, dass bei jeder Winkellage der Schaufeln der beiden Schaufelkränze diese relativ zueinander in eine Lage gebracht werden können, bei der die Schaufeln des zweiten Schaufelkranzes mit Bezug auf das vom ersten Schaufelkranz abströmende Strömungsmittel so gelegen sind, dass der Diffusor mit bestem Wirkungsgrad bzw. mit bester Druckumsetzung arbeitet.

Zur Anpassung des Diffusors an veränderte Betriebsverhältnisse ist hierbei zweckmäesig der Verstellmechanismus für die relative Verschiebung der Schaufeldrehachsen mit dem ϊ Verstellmechanismus für die Drehung der Schaufeln mindestens I des einen Schaufelkranzes um ihre Achsen zur Herstellung einer vorgegebenen Zuordnung zwischen Schaufeldrehung und RelatiwerSchiebung der Achsen verbunden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Diffusors vereinfacht dargestellt. Es zeigen: Pig. la einen Teilschnitt senkrecht zur Maschinenachse I

I durch die Schaufelungen der beiden Schaufelkränze(

Fig. Ib einen entsprechenden Teilschnitt mit gegenüber der

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Lage in Fig. la gedrehten Schaufeln und in Umfangs-

richtung gegeneinander verschobenen Schaufelkränzen; Fig. 2 einen axialen Längsschnitt durch die Maschine im

-x. Bereich des Verstellmechanismus für die Diffusor—

beschaufelung; und die

Fig. 3a und 3b je einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2, bei den in den Figuren la bzw. Ib gezeigten Stellungen der Diffusorbeschaufelung.

Gemäss den Figuren la und Ib weist der Diffusor zwei koaxial zueinander angeordnete, nacheinander vom Strömungsmittel durchflossene Schaufelkränze auf, nämlich einen inneren Schaufelkranz 1 und einen äusseren Schaufelkranz 2. Der innere Schaufelkranz 1 wird unmittelbar vom Fördermittel beaufschlagt, das aus dem in Pfeilrichtung umlaufenden Laufrad 3 eines Zentrifugalverdichters austritt, und besteht aus Leitschaufeln 4« welche um zur Maschinenachse parallele, gleichmässig verteilt auf einem zu dieser konzentrischen Kreis 5 angeordnete Achsen 6 drehbar sind. Das aus dem Schaufelkranz 1 austretende Strömungsmittel gelangt in den Schaufelkranz 2, der aus einer gleichen Anzahl von ebenfalls drehbaren Leitschaufeln 7 besteht, deren auf einem Kreis 8 > angeordnete Drehachsen mit 9 bezeichnet sind.

Die in Fig. la gezeigte Lage der Schaufeln 4 und 7 des Diffusors ist für einen Betriebszustand mit verhältnismässig grosser Fördermenge bestimmt. Die Schaufeln 4 des Schaufel— kränzes 1 sind mit Bezug auf die Schaufeln 7 des Schaufelkranzes 2 so angeordnet, dass deren Eintrittskantea von einer Stromlinie getroffen werden, welche etwa in der Mitte zwischen zwei Schaufeln 4 des Schaufelkranzes 1 hindurchgeht. Die Schaufeln 7 werden somit von einem Teil des Strö-

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mungsmittels beaufschlagt, welcher abseits vom Bereich der sich an den Schaufeln 4 des Schaufelkranzes 1 bildenden

Grenzschichten liegt. Es bildet sich somit an den Schaufeln eine neue Grenzschicht, die eher imstande ist, die im Schaufelkranz 2 erstrebte weitere Drucksteigerung mitzumachen, ohne sich abzulösen.

Bei verminderter Durchsatzmenge des Verdichters strömt das Fördermittel absolut mit geringerer Neigung gegen die Ümfangsrichtung aus dem Laufrad 3- Gemäss Fig. Ib sind daher für einen solchen Betriebszustand die Schaufeln 4 und 7 der Schaufelkränze 1 und 2 mit Bezug auf die Lage in Fig. la um einen Winkel OU bzw. <X ~ gegen die Umfangsrichtung flacher gestellt. Würde diese Drehung der Le it se ha·: fein 4 und 7 bei unveränderter Lage der Achsen 6 und 9 vorgenommen, so würde eich bald ein Zustand ergeben, bei welchem die von der Aus— trittskante der Schaufel 4 abgehende Stromlinie auf die Sintrittskante der nächstfolgenden Schaufel 7 des Schaufelkranzes 2 auftreffen würde. Es würden somit energiearme Teile der Grenzschicht der Schaufel 4 an die Schaufel 7 gelangen und an deren Oberfläche weiter abgebremst werden. Eine Ablösung der Grenzschicht wäre dann bald zu erwarten.

Wie aber später noch näher erläutert wird, kann der Schaufel— kranz 1 relativ zum Schaufelkranz 2 als Ganzes um die Verdichterachse gedreht werden. Ss sind somit die Drehachsen 6 der Schaufeln 4 des Schaufelkranzes 1 relativ zu den Drehachsen 9 der Schaufeln 7 des Schaufelkranzes 2 in dessen Umfangsrichtung verschiebbar.

Wie in Fig. Ib gezeigt ist,, wird durch Verschieben dar Achsen 6 um einen Betrag a gegen die ursprüngliche Lage in Umfangsrichtung erreicht, dass auch bei den Schaufelwinkeln

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nach Pig. Ib die Schaufeln 7 nicht von dem von den Schaufeln 4 des Schaufelkranzes 1 abgehenden Grenzschichtmaterial beaufschlagt werden. Die beschriebene Massnahme gestattet somit, die Schaufelungen der beiden Schaufelkränze 1 und bei jedem Betriebszustand in die günstigste Lage relativ zueinander zu bringen.

Die Fig. 2, 3a und 3b zeigen, mit welchen konstruktiven Mitteln die erwähnte Verschiebbarkeit der Drehachsen der Schaufeln des einen Schaufelkranzes relativ zu den Drehachsen der Schaufeln des anderen Schaufelkranzes beispielsweise erreicht werden kann. Mit 10 ist das Gehäuse der Zentrifugalfördermaschine bezeichnet, das anschliessend an die Austrittseite des Laufrades 3 den Diffusor seitlich begrenzt und anschliessend daran einen vorzugsweise spiralförmigen Abströmraum 11 begrenzt. Die Schaufeln 4 des inneren Diffusorschaufelkranzes 1 sind mit Drehzapfen 12 versehen, die in einer um die Maschinenachse drehbaren Scheibe 13 eingesetzt sind, und deren Achsen die Drehachsen 6 für die Schaufeln 4 bilden. Die Schaufeln 7 des äusseren Schaufelkranzes 2 haben Drehzapfen 14, die in einem fest mit dem Gehäuse 10 | verbundenen Ring 15 sitzen, und deren Achsen die Drehachsen für die Schaufeln 7 bilden. Durch Drehen der Scheibe 13 um die Maschinenachse können somit die Drehachsen 6 der Schaufeln 4 des inneren Schaufelkranzes 1 relativ zu den Drehachsen der Schaufeln 7 des äusseren Schaufelkranzes 2 in dessen üfflfangsrichtung verschoben werden.

Bei dem dargestellten Verstellmechanismus iat aber nun weiter noch dafür Sorge getragen, dass sich gleichzeitig mit der Verschiebung der Drehachsen 6 der Schaufeln 4 des inneren Schaufelkranzes 1 auch die Schaufeln 4 und 7 der

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beiden Schaufelkränze um ihre Drehachsen 6 bzw. 9 in jestimmter Zuordnung zueinander drehen. Zu diesem Behufe ist die Scheibe 13 mit einem koaxial zur Maschinenachse verlaufenden, rohrförmigen Ansatz 16 versehen, der auf der Aussei* seite ein Gewinde 17 trägt. Auf diesem Gewinde 17 i-st ein ,„ im Gehäuse 10 in Richtung der Maschinenachse verschiebbarer, jedoch durch Führungsbolzen 18 gegen Drehung um die Maschinenachse gesicherter Ring 19 aufgesetzt.

Die Drehzapfen 12 bzw. 14 sind mit Verstellhebeln 20 bzw. ₍ h 21 versehen, deren äussere Enden infolge der Wirkung von Torsionsfedern 22 bzw. 23 stets an Rotationsflächen 24 bzw. 25 angepresst werden, die durch den Ring 19 gebildet sind.

Wird nun die Scheibe 13 zwecks Verschiebung der Drehachsen 6 der Schaufeln 4 des inneren Schaufelkranzes 1 in Umfangsrichtung um die Maschinenachse gedreht, so bewirkt das Gewinde 17 am rohrförmigen Ansatz 16 der Scheibe 13 zugleich eine axiale Verschiebung des durch die Bolzen 18 gegen Drehung gesicherten Ringes 19, so dass er z.B. in die in Fig. 2 strichpunktiert eingetragene Lage gelangt. Da sich mit dem Ring 19 auch die an ihm angebrachten Röt'ations-

/ -y flächen 24 und 25 in axialer Richtung verschieben, wird sugleich, je nach der Form des Meridians, diese Rotationsfläche eine Drehung der Schaufeln 4 und 7 veranlassen. Durch entsprechende Gestaltung der Meridiankurven der Flächen 24 und 25, die als Führungsbahnen für die Verstellhebel 20 und 21 dienen, kann somit jede gewünschte Zuordnung zwischen der Drehung der Schaufeln 4 und 7 um ihre Drehachsen und der relativen Verschiebung dor Drehachsen in Umfangsrichtung erreicht werden. In den Fig. 3a und 3b ist die Lage der Verstellhebel 20 und 21 für die unterschiedlichen Lagen des

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Binges 19 gemäss Fig. 2 eingetragen.

Natürlich lässt eich auch auf andere Weise, z.B. ohne Vorsehen eines axial verschiebbaren Ringes, eine Verbindung zwischen dem Verstellmechanismus für die relative Verschiebung der Schaufeldrehachsen und den Verstellmechanismen für die Drehung der Schaufeln um ihre Aeh3en herstellen, um eine vorgegebene Zuordnung zwischen Schaufeldrehung und Relativverschiebung der Achsen zu erhalten. Der in Fig. 2 dargestellte axial verschiebbare Ring 19 mit den Führungsbahnen 24, 25 bietet indessen den Vorteil, dass diese Führungsbahnen als für alle Verstellhebel eines Schaufelkranzes gemeinsame Rotationsflächen ausgebildet werden können, während bei unmittelbarem Ausgang von der Drehbewegung der Scheibe 13 besondere Führungen für ,jeden Verstellhebel vorgesehen werden müssten«

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Claims

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1. Zwei koaxiale, nacheinander vom Strömungsmittel durchflossene Schaufelkränze (1,2) mit drehbaren Leitschaufeln (4, 7) aufweisender Diffusor einer Zentrifugalf fördermaschine, dadurch gekennzeichnet» dass die Drehachsen (6) der Schaufeln (4) des einen Schaufelkranzes (1) relativ zu den Drehachsen (9) der Schaufeln (7) des anderen Schaufelkranzes (2) in dessen Umfangsrichtung verschiebbar sind.

2. Diffusor nach Anspurch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus für die relative Verschiebung der Schaufeldrehmaschine (6, 9) mit dem Verstellmechanismus für die Drehung der Schaufeln (4 bzw.

7) mindestens des einen Schaufelkranzes (1 bzw. 2) um ihre Achsen (6 bzw. 9) zur Herstellung einer vorgegebenen Zuordnung zwischen Schaufeldrehung und Relativiere chi ebung der Achsen verbunden ist.

3. Diffusor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus für die relative Verschiebung der Schaufeldrehachsen mit einem koaxial zur Maschinenachse angeordneten und sich bei der relativen Verschiebung der Schaufeldrehachsen in Richtung der Maschinenachse verschiebenden Ring (19) versehen ist. und dass die Winkellage der Schaufeln durch eine am Ring angebrachte Führungsbahn (24 bzw.25) für deren Verstellhebel (2o bze. 21) bestimmt ist.

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27.6.1969-SaAl
Z.Nr. 5 47o 928/9

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