Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die
vorliegende Erfindung betrifft Zentrifugalverdichter im Allgemeinen
und insbesondere einen Spieleinstellmechanismus für einen
variablen Rohrdiffusor für
einen Zentrifugalverdichter.The
The present invention relates to centrifugal compressors in general
and more particularly to a clearance adjustment mechanism for a
variable pipe diffuser for
a centrifugal compressor.
Hintergrund des Stands
der TechnikBackground of the stand
of the technique
Eines
der Hauptprobleme, das bei der Verwendung von Zentrifugaldampfverdichtern
für Anwendungen
auftritt, wo die Verdichterlast über
einen weiten Bereich variiert, ist die Stabilisierung der Strömung durch
den Verdichter. Der Verdichtereinlass, das Laufrad und die Diffusorpassagen
müssen
derart bemessen sein, dass die gewünschte maximale Volumenströmungsrate
bereitgestellt wird. Wenn eine niedrige Volumenströmungsrate
durch einen derartigen Verdichter vorliegt, wird die Strömung instabil. Während die
Volumenströmungsrate
von einem stabilen Bereich verringert wird, kommt man in einen Bereich
einer etwas instabilen Strömung.
Es scheint, dass in diesem Bereich eine teilweise Umkehr der Strömung in
der Diffusorpassage auftritt, was Geräusche erzeugt und die Verdichtereffizienz
verringert. Unterhalb dieses Bereichs kommt der Verdichter in etwas,
was als Pumpen oder gestörte
Verdichterförderung
(surge) bekannt ist, wo es periodische völlige Strömungsumkehrungen in der Diffusorpassage
gibt, was die Effizienz der Maschine zunichte macht und die Integrität der Maschinenelemente
gefährdet.
Da ein weiter Bereich von Volumenströmungsraten bei vielen Verdichteranwendungen
wünschenswert
ist, wurden zahlreiche Modifikationen vorgeschlagen, um die Strömungsstabilität bei niedrigen
Volumenströmungsraten
zu verbessern.One
the main problems with using centrifugal steam compressors
for applications
occurs where the compressor load over
varies over a wide range, is the stabilization of the flow through
the compressor. The compressor inlet, impeller and diffuser passages
have to
be sized such that the desired maximum volume flow rate
provided. If a low volume flow rate
by such a compressor, the flow becomes unstable. While the
Volume flow rate
is reduced by a stable range, one comes into an area
a slightly unstable flow.
It seems that in this area a partial reversal of the flow in
the diffuser passage occurs, which generates noise and the compressor efficiency
reduced. Below this range, the compressor comes in something
what as pumps or disturbed
compressor promotion
(surge) is known where there are periodic complete flow reversals in the diffuser passage
which negates the efficiency of the machine and the integrity of the machine elements
endangered.
There is a wide range of volumetric flow rates in many compressor applications
desirable
Numerous modifications have been proposed to reduce the flow stability at low levels
Volume flow rates
to improve.
Viele
Maßnahmen
wurden erdacht, um eine hohe Maschineneffizienz über einen weiten Betriebsbereich
aufrechtzuerhalten. DE-A-35 29 281 beschreibt eine Vorrichtung zum Ändern der
Strömungsrichtung
einer Luftströmung,
die in die Ansaugseitenöffnung
eines Verdichters eintritt. US
2 382 913 beschreibt einen Verdichter mit einem Diffusor
mit einer Mehrzahl von Diffusorführungsschaufeln
mit einem festen Bereich und einem beweglichen Bereich. In US-Patent Nr. 4 070
123 wird die gesamte Laufradkonfiguration in Reaktion auf Laständerungen
mit dem Bestreben variiert, die Maschinenleistung an die sich ändernden
Lastanforderungen anzupassen. Einstellbare Diffusor-Strömungsrestriktionen sind
auch in US-Patent Nr. 3 362 625 beschrieben, die dazu dienen, die
Strömung
in dem Diffusor mit dem Bestreben zu regulieren, die Stabilität bei niedrigen
Volumenströmungsraten
zu verbessern.Many measures have been devised to maintain high machine efficiency over a wide operating range. DE-A-35 29 281 describes an apparatus for changing the flow direction of an air flow entering the suction side opening of a compressor. US 2,382,913 describes a compressor with a diffuser having a plurality of diffuser guide vanes with a fixed area and a movable area. In U.S. Patent No. 4,070,123, the overall impeller configuration is varied in response to load changes in an effort to match engine performance to changing load requirements. Adjustable diffuser flow restrictions are also described in US Pat. No. 3,362,625, which serve to regulate the flow in the diffuser in an effort to improve stability at low volumetric flow rates.
Eine übliche Technik
zum Beibehalten einer hohen Betriebseffizienz über einen weiten Strömungsbereich
bei einer Zentrifugalmaschine ist die Verwendung des Diffusors mit
einer variablen Breite in Verbindung mit festen Diffusorführungsschaufeln.A common technique
for maintaining high operating efficiency over a wide flow range
in a centrifugal machine, the use of the diffuser with
a variable width in conjunction with fixed diffuser guide vanes.
Die
US-Patente Nr. 2 996 996 und 4 378 194, die an eine gemeinsame Inhaberin
erteilt sind, beschreiben Diffusoren mit Führungsschaufeln mit einer variablen
Breite, wobei die Diffusorführungsschaufeln
fest befestigt sind, beispielsweise durch Verschrauben an einer
der Diffusorwände.
Die Schaufeln sind daran angepasst, dass sie durch in der anderen
Wand gebildete Öffnungen
gehen, was folglich ermöglicht,
die Geometrie des Diffusors in Reaktion auf sich ändernde
Lastzustände
zu verändern.The
U.S. Patent Nos. 2,996,996 and 4,378,194, assigned to a common assignee
are diffusers with guide vanes with a variable describe
Width, with the diffuser guide vanes
are firmly attached, for example by screwing on a
the diffuser walls.
The blades are adjusted to that through in the other
Wall formed openings
go, which consequently allows
the geometry of the diffuser in response to changing
load conditions
to change.
Ein
festes Anbringen der Diffusorschaufeln an einer der Diffusorwände zeigt
eine Reihe von Problemen, insbesondere bezüglich der Herstellung, der Wartung
und des Betriebs der Maschine. Es wird wenig Platz zum Befestigen
der Schaufeln in der Anordnung gewährt. Jede Fehlausrichtung der
Schaufel verursacht, dass die Schaufel an der gegenüber liegenden
Wand festgeht oder reibt, während
sie umpositioniert wird. Falls eine oder mehrere Schaufel(n) in der
Reihe in der Anordnung ersetzt werden muss bzw. müssen, muss
ebenso generell die gesamte Maschine auseinander genommen werden,
um das Ersetzen durchzuführen.One
firmly attaching the diffuser vanes to one of the diffuser walls
a series of problems, in particular with regard to manufacture, maintenance
and the operation of the machine. There is little room to attach
granted the blades in the arrangement. Any misalignment of the
Shovel causes the bucket to be opposite
Wall gets stuck or rubs while
she is repositioned. If one or more blades in the
Row in the array must or must be replaced
as well generally the whole machine will be taken apart,
to perform the replacement.
Die
Effizienz eines Verdichters könnte
durch Variieren der Auslassgeometrie des Diffusors stark verbessert
werden. In dem US-Patent Nr. US
5 807 071 vom gleichen Inhaber wird ein Rohrdiffusor mit einer
variablen Geometrie beschrieben. Ein Rohrdiffusor mit einer variablen
Geometrie (der auch als Rohrdiffusor mit geteiltem Ring (split-ring
pipe diffusor) bezeichnet werden kann) teilt den Diffusor in einen
ersten, inneren Ring und einen zweiten Ring auf. Der innere Ring
und der äußere Ring
haben darin gebildete komplementäre
Einlassströmungskanalsektionen.
Das heißt,
dass jede Einlassströmungskanalsektion
des inneren Rings eine komplementäre Einlassströmungskanalsektion
hat, die in dem äußeren Ring
gebildet ist. Der innere Ring und der äußere Ring sind gegeneinander
verdrehbar. Die Ring werden verdreht, um die Effizienz für variierende
Druckniveaus zwischen einer vollständig offenen Position und einer
teilweise geschlossenen Position zu verbessern. In der teilweise
geschlossenen Position verursacht die Fehlausrichtung der Ausgangsrohre
des Diffusors eine Geräuscherhöhung. Ein
Drehen der Ringe über
einen optimalen Konstruktionspunkt führt zu einem übermäßigen Geräusch und
einer Effizienzverschlechterung.The efficiency of a compressor could be greatly improved by varying the outlet geometry of the diffuser. In US Pat. US 5,807,071 The same owner describes a pipe diffuser with a variable geometry. A variable geometry pipe diffuser (which may also be referred to as a split-ring pipe diffuser) divides the diffuser into a first, inner ring and a second ring. The inner ring and the outer ring have complementary inlet flow channel sections formed therein. That is, each inlet flow channel section of the inner ring has a complementary inlet flow channel section formed in the outer ring. The inner ring and the outer ring are rotatable against each other. The rings are twisted to improve efficiency for varying pressure levels between a fully open position and a partially closed position. In the partially closed position, the misalignment of the exit tubes of the diffuser causes a noise increase. Turning the rings over an optimal design point will result in excessive noise and efficiency degradation.
Die
geometrischen Toleranzen in einem Zentrifugalverdichter sind klein.
Gleichzeitig sind die Lasten in einem Verdichter groß und von
dynamischer Natur. Bei einem Rohrdiffusor mit geteiltem Ring wird das
Problem ziemlich drückend,
die Toleranzen angesichts der dynamischen Last einzuhalten. Es gibt sowohl
Axial- (Schub-) Lasten als auch Umfangslasten auf das Ringpaar,
die bewältigt
werden müssen. Die
Diffusorringe müssen
in der Lage sein, sich relativ zueinander zu drehen, und gleichzeitig
muss eine genaue Kontrolle über
ihre Relativposition aufrechterhalten werden, um ein ordnungsgemäßes Ausrichten
der Strömungskanäle und die äußerste Effizienz des
Verdichters sicherzustellen. Die Aufwände zum Aufrechterhalten der
erforderlichen Toleranzen bei einem Diffusor mit geteiltem Ring
sind allgemein sehr hoch.The geometric tolerances in a centrifugal compressor are small. At the same time are the las in a compressor large and of a dynamic nature. With a split ring pipe diffuser, the problem of keeping the tolerances given the dynamic load becomes quite pressing. There are both axial (thrust) loads and circumferential loads on the ring pair that must be handled. The diffuser rings must be able to rotate relative to each other, and at the same time maintain close control over their relative position to ensure proper alignment of the flow channels and ultimate efficiency of the compressor. The cost of maintaining the required tolerances in a split ring diffuser is generally very high.
Ein
weiteres Problem bei Diffusoren mit geteiltem Ring ist frühzeitiger
Teileverschleiß.
Schmiermittel werden allgemein nicht in den Gasströmungsbereichen
von Zentrifugalverdichtern verwendet, um eine Kontamination der
Gase auszuschließen.
Die dynamischen Lasten, die dem Diffusor mit geteiltem Ring von
der aus dem Laufrad austretenden Gasströmung auferlegt werden, verursachen,
dass durch das Fehlen von Schmiermittelöl der Verschleiß der Diffusorbauteile
beschleunigt wird.One
Another problem with split ring diffusers is earlier
Parts wear.
Lubricants are generally not in the gas flow areas
used by centrifugal compressors to prevent contamination of the
Exclude gases.
The dynamic loads associated with the split ring diffuser of
cause the gas flow exiting the impeller to cause
that due to the absence of lubricant oil, the wear of the diffuser components
is accelerated.
Das
Antriebssystem zum genauen Positionieren der Ringe relativ zueinander
muss u. a. starr sein, um jegliche Abnutzung der Bauteile zu vermeiden.
Wegen der Umfangsbelastung an den Ringen hat der innere Ring eine
Neigung, relativ zu dem äußeren Ring
zu oszillieren, was eine Verdichterinstabilität, einen Teileverschleiß verursachen
könnte
und nachteilig die Effizienz beeinflussen könnte. Das verursacht mehrere
Probleme, die bewältigt
werden müssen.
Es wird ein Antriebssystem benötigt,
das in der Lage ist, die Relativbewegung zwischen dem inneren Ring
und dem äußeren Ring
zu vermeiden. Es wird auch ein Lagerungskonzept benötigt, das
die relative Drehung der zwei Ringe zueinander ermöglichen
würde und
auch in der Lage ist, der Umfangslast und der Schublast standzuhalten,
während
enge geometrische Toleranzen zwischen den Ringen eingehalten werden.
Es ist auch erforderlich, ein Positioniersystem zu schaffen, das
einen Minimalanschlag und einen Maximalanschlag aufweist, um ein
unnötiges
Geräusch
und eine unnötige
Effizienzverschlechterung zu vermeiden, sowie einfach im Feld nachzurüsten ist.
Zusätzlich
ist es erforderlich, dass das Antriebssystem und das Lagerungssystem
eine lange Betriebslebensdauer haben und einfach einzubauen und
ordnungsgemäß einzustellen
sind.The
Drive system for accurately positioning the rings relative to each other
must u. a. be rigid to avoid any wear of the components.
Because of the circumferential load on the rings, the inner ring has a
Tilt, relative to the outer ring
to oscillate, causing a compressor instability, a part wear
could
and adversely affect efficiency. That causes several
Problems that copes with
Need to become.
It requires a drive system
that is capable of the relative movement between the inner ring
and the outer ring
to avoid. It also requires a storage concept that
allow the relative rotation of the two rings to each other
would and
is also able to withstand the circumferential load and the thrust load,
while
tight geometric tolerances between the rings are maintained.
It is also necessary to provide a positioning system that
a minimum stop and a maximum stop to a
unnecessary
noise
and an unnecessary one
To avoid deterioration in efficiency, as well as easy to retrofit in the field.
additionally
It is necessary that the drive system and the storage system
have a long service life and easy to install and
to adjust properly
are.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Erfindungsgemäß wird ein
Verdichter mit einem Spieleinstellmechanismus zur Verwendung bei einem
Rohrdiffusor mit einer variablen Geometrie für einen Zentrifugalverdichter
geschaffen, wie in Anspruch 1 beansprucht wird.According to the invention is a
Compressor with a clearance adjustment mechanism for use with a
Pipe diffuser with a variable geometry for a centrifugal compressor
as claimed in claim 1.
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Zahnstangenzahnung an den inneren
Ring eines variablen Rohrdiffusors angebracht. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
ist ein Ritzelzahnrad an einer Drehantriebseinrichtung, die an dem
Gehäuse
eines Zentrifugalverdichters angeordnet ist, in kämmender
Anordnung mit der Zahnstangenzahnung angebracht. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
wird die Drehantriebseinrichtung betätigt, um den inneren Ring relativ
zu dem äußeren Ring
zwischen einer Position, wo die Diffusorrohre vollständig offen
sind, und einer Position zu drehen, wo die Diffusorrohre teilweise
geschlossen sind. Zusätzlich
ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
die Antriebseinrichtung in der Lage, die Rohre des Diffusors an
einer Mehrzahl von Positionen zwischen der vollständig offenen
Position und der teilweise geschlossenen Position auszurichten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird
auch eine Bewegungsbegrenzungseinrichtung bereitgestellt, um zwangsläufig die
Bewegung des inneren Rings bei der vollständig offenen Position und der
teilweise geschlossenen Position zu beschränken. Der Spieleinstellmechanismus
hat eine Aufnahme, die um eine erste Mittellinie konzentrisch ist,
und eine Bohrung dadurch, die um eine zweite Mittellinie konzentrisch
ist. Das Ritzelzahnrad ist an einer Antriebswelle angeordnet, die
durch die Bohrung verläuft.
Die Aufnahme ist drehbar an dem Gehäuse angeordnet. Die Aufnahme
der vorliegenden Erfindung ist um die zweite Mittellinie drehbar
arbeitsfähig,
um das Spiel zwischen der Zahnstangenzahnung und dem Ritzelzahnrad
einzustellen.at
a preferred embodiment
The present invention is a rack toothing on the inner
Ring of a variable pipe diffuser attached. In a preferred
embodiment
is a pinion gear on a rotary drive device, which on the
casing
a centrifugal compressor is arranged, in combing
Arrangement with rack teeth installed. In a preferred
embodiment
the rotary drive means is operated to relatively the inner ring
to the outer ring
between a position where the diffuser pipes are completely open
are to turn, and a position where the diffuser tubes partially
are closed. additionally
is in a preferred embodiment
the drive device is able to connect the tubes of the diffuser
a plurality of positions between the fully open
Align position and partially closed position.
In a preferred embodiment
Also provided a Bewegungsbegrenzungseinrichtung to inevitably the
Movement of the inner ring at the fully open position and the
partially closed position. The clearance adjustment mechanism
has a pickup concentric around a first center line,
and a hole thereby concentric around a second centerline
is. The pinion gear is disposed on a drive shaft, the
passes through the hole.
The receptacle is rotatably arranged on the housing. The recording
The present invention is rotatable about the second centerline
able to work
to the game between the rack toothing and the pinion gear
adjust.
Kurze Beschreibung der
ZeichnungenShort description of
drawings
In
den Zeichnungen, bei denen ähnliche
Bezugszeichen verwendet werden, um die gleichen Elemente über die
Ansichten anzuzeigen, gilt:In
the drawings where similar
Reference numerals are used to denote the same elements over the
View views:
1 ist
eine Schnittseitenansicht eines Verdichters mit einem variablen
Rohrdiffusor, aufweisend einen erfindungsgemäßen Spielmechanismus; 1 is a sectional side view of a compressor with a variable pipe diffuser, comprising a game mechanism according to the invention;
2 ist
eine perspektivische Ansicht eines variablen Rohrdiffusors, aufweisend
einen erfindungsgemäßen Spielmechanismus; 2 Figure 11 is a perspective view of a variable tube diffuser comprising a play mechanism according to the invention;
3 und 4 sind
Schnittfrontansichten eines variablen Rohrdiffusors, aufweisend
einen erfindungsgemäßen Spielmechanismus,
mit einer ersten, vollständig
offenen Position bzw. einer zweiten, teilweise geschlossenen Position; 3 and 4 Figure 11 are sectional front views of a variable pipe diffuser having a play mechanism according to the invention, with a first, fully open position and a second, partially closed position, respectively;
5 ist
eine Draufsicht auf einen Verdichter mit einem variablen Rohrdiffusor,
aufweisend einen erfindungsgemäßen Spielmechanismus; 5 Figure 11 is a plan view of a compressor with a variable tube diffuser comprising a play mechanism according to the invention;
6 ist
eine Schnittansicht eines Ringstützmechanismus,
aufweisend einen erfindungsgemäßen Spielmechanismus,
und die im Wesentlichen entlang einer Linie 6-6 in 5 genommen
wurde; 6 is a sectional view of a ring support mechanism comprising a play mechanism according to the invention, and substantially along a line 6-6 in 5 was taken;
7 ist
eine Schnittansicht eines Ringstützmechanismus,
aufweisend einen erfindungsgemäßen Spielmechanismus,
und die im Wesentlichen entlang einer Linie 7-7 in 6 genommen
wurde; 7 is a sectional view of a ring support mechanism, comprising a play mechanism according to the invention, and substantially along a line 7-7 in 6 was taken;
8 ist
eine Schnittansicht einer Rollenanordnung, aufweisend einen erfindungsgemäßen Spielmechanismus; 8th is a sectional view of a roller assembly comprising a play mechanism according to the invention;
9 ist
eine Schnittansicht einer Achse, aufweisend einen erfindungsgemäßen Spielmechanismus; 9 is a sectional view of an axle, comprising a game mechanism according to the invention;
10 ist
eine Schnittansicht eines Positionierungsantriebsmechanismus, aufweisend
einen erfindungsgemäßen Spielmechanismus,
eines Detailbereichs 10 in 1; 10 FIG. 10 is a sectional view of a positioning drive mechanism including a game mechanism of the present invention, a detail area. FIG 10 in 1 ;
11 ist
eine Draufsicht eines Positionierungsantriebsmechanismus, aufweisend
einen erfindungsgemäßen Spielmechanismus; 11 Figure 11 is a plan view of a positioning drive mechanism comprising a play mechanism according to the invention;
12 ist
eine perspektivische Ansicht einer Zahnstangenzahnung, aufweisend
einen erfindungsgemäßen Spielmechanismus; 12 is a perspective view of a rack toothing, comprising a game mechanism according to the invention;
13 ist
ein Leistungsdiagramm für
einen variablen Rohrdiffusor, aufweisend einen erfindungsgemäßen Spielmechanismus; 13 is a performance diagram for a variable pipe diffuser, comprising a game mechanism according to the invention;
14 ist
ein Leistungsdiagramm für
einen Verdichter, der nur Einlassführungsschaufeln hat; 14 Fig. 10 is a performance diagram for a compressor having only inlet guide vanes;
15 ist
ein Leistungsdiagramm für
einen Verdichter mit einem variablen Rohrdiffusor und Einlassführungsschaufeln,
aufweisend einen erfindungsgemäßen Spielmechanismus;
und 15 is a performance diagram for a compressor with a variable pipe diffuser and inlet guide vanes, comprising a game mechanism according to the invention; and
16 ist
eine Schnittansicht eines Verdichters, der einen Axialbegrenzungsmechanismus
hat und einen erfindungsgemäßen Spielmechanismus aufweist. 16 is a sectional view of a compressor having an axial limiting mechanism and having a play mechanism according to the invention.
Detailliere Beschreibung
der bevorzugten AusführungsformenDetailed description
of the preferred embodiments
Es
wird jetzt auf 1 Bezug genommen. Dort ist ein
Zentrifugalverdichter 10 als Teil eines Heiz-, Lüftungs-
und Klimatisierungssystems (HVAC-System)(nicht gezeigt) gezeigt,
der ein Laufrad 12 zum Beschleunigen eines Kühlmitteldampfes auf
eine hohe Geschwindigkeit, einen Diffusor 14 zum Verzögern des
Kühlmittels
auf eine niedrige Geschwindigkeit, während kinetische Energie in
Druckenergie umgewandelt wird, und einen Abgabesammelraum in Form
eines Kollektors 16, um den Abgabedampf für das nachfolgende
Strömen
an einen Kondensator zu sammeln, aufweist. Dem Laufrad 12 wird
durch einen (nicht gezeigten) Elektromotor Leistung bereitgestellt,
der in dem anderen Ende des Verdichters hermetisch abgedichtet ist
und der arbeitet, um eine Hochdrehzahlwelle 19 zu rotieren.It will be up now 1 Referenced. There is a centrifugal compressor 10 shown as part of a heating, ventilation and air conditioning (HVAC) system (not shown), which is an impeller 12 for accelerating a refrigerant vapor to a high speed, a diffuser 14 for delaying the refrigerant to a low speed while converting kinetic energy into pressure energy, and a collector discharge space 16 to collect the discharge steam for subsequent flow to a condenser. The impeller 12 Power is provided by an electric motor (not shown) that is hermetically sealed in the other end of the compressor and that operates to produce a high speed shaft 19 to rotate.
Es
wird jetzt auf die Weise Bezug genommen, auf welche die Kühlmittelströmung in
dem Verdichter 10 vonstatten geht. Das Kühlmittel
tritt in die Einlassöffnung 29 der
Ansaugaufnahme 31 ein, strömt durch die Anordnung 32 aus
Schaufel und Ring und die Führungsschaufeln 33,
und tritt dann in den Verdichtungsansaugbereich 23 ein,
der zu dem Verdichtungsbereich führt,
der an seiner inneren Seite durch das Laufrad 12 und an
seiner äußeren Seite durch
die Aufnahme 34 definiert ist. Nach der Verdichtung strömt das Kühlmittel
in den Diffusor 14, den Kollektor 16 und die (nicht
gezeigte) Abgabeleitung.Reference will now be made to the manner in which the flow of refrigerant in the compressor 10 goes on. The coolant enters the inlet port 29 the intake intake 31 A, flows through the arrangement 32 made of shovel and ring and the guide vanes 33 , and then enters the compression intake area 23 a, which leads to the compression area, on its inner side by the impeller 12 and on its outer side by the recording 34 is defined. After compression, the coolant flows into the diffuser 14 , the collector 16 and the discharge line (not shown).
Ein
Rohrdiffusor 14 mit einer variablen Geometrie, der einen
erfindungsgemäßen Spieleinstellmechanismus
enthalten kann, weist einen ersten, inneren Ring 40 und
einen zweiten, äußeren Ring 42, einen
Ringstützmechanismus 35 und
einen Positionierungsantriebsmechanismus 121 auf. Es wird
auf 3 und 4 Bezug genommen. Der innere
Ring und der äußere Ring
haben darin gebildete komplementäre
Strömungskanalsektionen 44 und 46.
Das heißt,
jede Strömungskanalsektion 44 des
inneren Rings 40 hat eine komplementäre, in dem äußeren Ring 42 gebildete
Kanalsektion 46. Der innere Ring 40 und der äußere Ring 42 sind
zueinander drehbar. Bei einer bevorzugten Ausführungsform dreht sich der innere
Ring 40 umfangsmäßig in einem
stationären äußeren Ring 42.A pipe diffuser 14 with a variable geometry, which may include a Spieleinstellmechanismus invention, has a first, inner ring 40 and a second outer ring 42 , a ring support mechanism 35 and a positioning drive mechanism 121 on. It will open 3 and 4 Referenced. The inner ring and the outer ring have complementary flow channel sections formed therein 44 and 46 , That is, every flow channel section 44 of the inner ring 40 has a complementary, in the outer ring 42 formed channel section 46 , The inner ring 40 and the outer ring 42 are rotatable to each other. In a preferred embodiment, the inner ring rotates 40 circumferentially in a stationary outer ring 42 ,
Wenn
ein Ring bezüglich
des anderen Rings gedreht wird, ändert
sich die Ausrichtung zwischen jedem Paar von komplementären Einlassströmungskanälen des
inneren Rings und des äußeren Rings, wie
man unter Bezugnahme auf 3 und 4 sieht.
Die Ringe 40 und 42 sind zwischen einer ersten,
vollständig
offenen Position, wie in 3 dargestellt ist, bei der die
komplementären
Kanalsektionen ausgerichtet sind und eine maximale Fluidmenge durch
den inneren Ring 40 und den äußeren Ring 42 strömt, und
einer zweiten, teilweise geschlossenen Position, wie in 4 dargestellt
ist, drehbar, bei der die komplementären Kanäle fehlausgerichtet sind und
die Strömung
durch die Kanalsektionen 44 und 46 beschränkt ist.As one ring is rotated with respect to the other ring, the alignment between each pair of complementary inlet flow channels of the inner ring and the outer ring changes as described with reference to FIGS 3 and 4 sees. The Rings 40 and 42 are between a first, fully open position, as in 3 is shown, in which the complementary channel sections are aligned and a maximum amount of fluid through the inner ring 40 and the outer ring 42 flows, and a second, partially closed position, as in 4 is rotatable, in which the complementary channels are misaligned and the flow through the channel sections 44 and 46 is limited.
In 5 ist
ein Ringstützmechanismus 35 gezeigt.
Der gezeigte Mechanismus stellt die Verwendung von drei derartigen
Mechanismen dar, die umfangsmäßig äquidistant
um den Diffusor beabstandet sind. Es wird jetzt auf 6 und 7 Bezug genommen.
Der Ringstützmechanismus
weist eine innere Lagerungsnut 41 und eine Ausnehmung 43, die
in dem inneren Ring 40 angeordnet ist, eine Rollenanordnung 54,
eine Anordnung 36 aus Rolle und Achse und eine äußere Lagerungsnut 45 auf,
die in dem äußeren Ring
ange ordnet ist. Die Rollenanordnung, wie sie in 8 gezeigt
ist, weist eine Rolle 55 mit einer äußeren Lagerungsoberfläche 56 und
einem Paar von Schubaufnahmeoberflächen 57 auf. Die Achsanordnung,
wie sie in 6 bis 7 gezeigt
ist, weist eine Achse 37 und eine Achsschraube 39 auf.
Wie man in 9 sieht, weist die Achse 37 einen
Sechskantkopf 38 und einen Achskörper 47, eine Achskörpermittellinie 48,
eine Achsbohrung 49 und eine Achsbohrungsmittellinie 50 auf.
Zusätzlich
weist die Achse 39 ein Paar von Schultern 73, 74 auf,
die konzentrisch zu der Achsbohrungsmittellinie 50 sind.In 5 is a ring support mechanism 35 shown. The mechanism shown illustrates the use of three such mechanisms circumferentially equidistant around the diffuser are standing. It will be up now 6 and 7 Referenced. The ring support mechanism has an inner bearing groove 41 and a recess 43 that in the inner ring 40 is arranged, a roller assembly 54 , an arrangement 36 roller and axle and an outer bearing groove 45 on, which is arranged in the outer ring is. The roller assembly, as in 8th shown has a role 55 with an outer bearing surface 56 and a pair of thrust receiving surfaces 57 on. The axle arrangement, as in 6 to 7 is shown has an axis 37 and an axle bolt 39 on. How to get in 9 sees, points the axis 37 a hexagon head 38 and an axle body 47 , an axle body centerline 48 , an axle hole 49 and an axle bore centerline 50 on. In addition, the axis points 39 a pair of shoulders 73 . 74 on, concentric to the Achsbohrungsmittellinie 50 are.
Ein
weiteres Problem bei Diffusoren mit geteiltem Ring ist frühzeitiger
Teileverschleiß.
Schmiermittel werden generell in den Gasströmungsbereichen von Zentrifugelverdichtern
nicht verwendet, um eine Kontaminierung der Gase auszuschließen. Die dynamischen
Lasten, die dem Diffusor mit geteiltem Ring durch die aus dem Laufrad
austretende Gasströmung
auferlegt werden, verursachen, dass durch das Fehlen von Schmiermittelöl der Verschleiß in den Bauteilen
des Diffusors beschleunigt wird. Aufgrund des Fehlens von Schmiermittelölen bei
den meisten Verdichtern ist es normalerweise erforderlich, Schritte
zu unternehmen, die Reibung und den Abnutzungsverschleiß zu minimieren.
Demgemäß sind bei gewissen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und wie hier nachstehend beschrieben
ist, Bauteilgrenzflächen
hartbeschichtet, Teile werden aus Ultra-Hoch-Molekulargewicht-Kunststoffmaterialien
(ultra high molecular weight plastic materials) hergestellt, die
Ringanordnungen sind vorbelastet bzw. vorgespannt, und ein Spiel
wird in den Zahnrädern
des Positionierantriebssystems eliminiert.One
Another problem with split ring diffusers is earlier
Parts wear.
Lubricants generally become in the gas flow areas of centrifugal compressors
not used to prevent contamination of the gases. The dynamic
Loads the split ring diffuser through the out of the impeller
escaping gas flow
be imposed, that due to the absence of lubricant oil, the wear in the components
the diffuser is accelerated. Due to the lack of lubricant oils at
Most compressors usually require steps
to minimize friction and wear.
Accordingly, in certain
embodiments
of the present invention and as described hereinafter
is, component interfaces
hard coated, parts are made from ultra high molecular weight plastic materials
(Ultra high molecular weight plastic materials), the
Ring assemblies are preloaded, and a game
gets in the gears
of the positioning drive system.
Es
wird jetzt auf die Weise, auf die der innere Ring montiert wird,
und auf seine Bewegung Bezug genommen. Der äußere Ring 42 ist bezüglich der
Ansaugaufnahme stationär,
und drei Sätze
von Ringstützmechanismen 35 werden
in den äußeren Ring
durch Positionieren der Rollenanordnung 54 in der Lagerungsnut 45 des äußeren Rings,
durch Führen
der Achse durch die Anordnungsöffnung 58 und die
Rollenanordnung und dann durch Einbauen der Achsschraube 39 durch
die Achse und durch loses Verschrauben der Achsschraube 39 in
die Gewindeöffnungen 59 in
dem äußeren Ring
eingebaut. Der innere Ring 40 wird in den äußeren Ring
eingebaut, wobei die Ausnehmungen 43 des inneren Rings
umfangsmäßig mit
der Lagerungsnut 45 und den Rollenanordnungen 35 ausgerichtet
sind, und dann wird der innere Ring, wie in 7 gezeigt
ist, im Uhrzeigersinn gedreht, um die Rollenanordnungen in der Führungsnut 41 zu
positionieren. Ist der innere Ring in dem äußeren eingebaut, werden die
Ringstützmechanismen
verwendet, um den inneren Ring durch Drehen der Achse unter Verwendung
eines auf den Sechskantkopf 38 platzierten Schraubenschlüssel ordnungsgemäß zu zentrieren
und positionieren. Die Achskörpermittellinie 48,
auf der die Rolle 55 angeordnet ist, ist von der Achsbohrungsmittellinie 50,
die konzentrisch mit den Schultern 73, 74 ist,
um 0,5 mm (0,021 inch) versetzt. Die Drehung des Sechskantkopfes 38 verursacht,
dass sich die Rollenanordnung um die Schultern in dem äußeren Ring
dreht und verursacht, dass die Rollenanordnung relativ zu dem äußeren Ring
radial versetzt wird. Sobald der innere Ring in dem äußeren Ring
ordnungsgemäß zentriert ist,
wird der Sechskantkopf weiter gedreht, um die äußere Lagerungsoberfläche 56 der
Rollenanordnungen gegen den inneren Ring vorzubelasten bzw. vorzuspannen.
Die Achschraube 39 wird dann angezogen. Der vorbelastete
bzw. vorgespannte Zustand wird bevorzugt, weil er vermeidet, dass
sich der innere Ring aufgrund einer tangentialen Last oder einer umfangsmäßigen Last
bewegt. Bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist sind die Rolle 55 und der
innere Ring 40 aus Aluminium, und sowohl die äußere Lagerungsoberfläche 56 als
auch die innere Lagerungsnut 51 sind gehärtet, um
Verschleiß zu
vermeiden. Die Rollenanordnungen beschränken eine Bewegung der Ringe
in der axialen Richtung aufgrund von Schublasten durch Positionieren
der Schubaufnahmeoberflächen 57 in
der gehärteten
inneren Lagerungsnut 41 und in der relativ weichen äußeren Lagerungsnut 45.
Die Schubaufnahmeoberfläche 57 der
Rollenanordnung muss die Drehung des inneren Rings und des äußeren Rings ermöglichen
und gleichzeitig den durch den Verdichter erzeugten Schublasten
standhalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schubaufnahmeoberfläche 57 aus
einem Ultra-Hoch-Molekulargewicht-Kunststoff
mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten von 0,16 und einer Härte von
64 auf der Shore D-Skala hergestellt. Die Kunststoff-Schubaufnahmeoberflächen vermeiden
eine Berührung
zwischen den gehärteten
Rollen und der weichen äußeren Lagerungsnut
und werden verwendet, um die Schublasten des Verdichters aufzunehmen
und um die axialen Tole ranzen des inneren Rings anzupassen. Ein
zusätzliches
Merkmal des Ringstützmechanismus
ist, dass, falls die Ringe wie zuvor beschrieben montiert sind,
es möglich
ist, den inneren Ring und den äußeren Ring
vorzumontieren und sie für eine
Schlussmontage zum Verdichter zu transportieren.It is now referred to the manner in which the inner ring is mounted and its movement. The outer ring 42 is stationary with respect to intake intake, and three sets of ring support mechanisms 35 be in the outer ring by positioning the roller assembly 54 in the storage groove 45 of the outer ring, by guiding the axis through the arrangement opening 58 and the roller assembly and then by installing the axle bolt 39 through the axle and by unscrewing the axle bolt 39 in the threaded holes 59 installed in the outer ring. The inner ring 40 is installed in the outer ring, with the recesses 43 the inner ring circumferentially with the Lagerungsnut 45 and the roller assemblies 35 are aligned, and then the inner ring, as in 7 shown is rotated clockwise to the roller assemblies in the guide groove 41 to position. With the inner ring installed in the outer, the ring support mechanisms are used to rotate the inner ring by using the hexagon head 38 properly centered and positioned wrench. The axle body centerline 48 on which the role 55 is located, is from the Achsbohrungsmittellinie 50 concentric with the shoulders 73 . 74 is offset by 0.5 mm (0.021 inch). The rotation of the hexagon head 38 causes the roller assembly to rotate about the shoulders in the outer ring causing the roller assembly to be radially displaced relative to the outer ring. Once the inner ring in the outer ring is properly centered, the hex head is further rotated to the outer bearing surface 56 vorzubelannen the roller assemblies against the inner ring or bias. The axle bolt 39 is then dressed. The preloaded condition is preferred because it prevents the inner ring from moving due to a tangential load or a circumferential load. In one embodiment of the present invention, the role is 55 and the inner ring 40 made of aluminum, and both the outer bearing surface 56 as well as the inner bearing groove 51 are hardened to avoid wear. The roller assemblies limit movement of the rings in the axial direction due to thrust loads by positioning the thrust receiving surfaces 57 in the hardened inner bearing groove 41 and in the relatively soft outer Lagerungsnut 45 , The thrust receiving surface 57 the roller assembly must allow rotation of the inner ring and outer ring while withstanding the thrust loads generated by the compressor. In a preferred embodiment, the thrust receiving surface is 57 made of an ultra-high molecular weight plastic with a low coefficient of friction of 0.16 and a hardness of 64 on the Shore D scale. The plastic thrust receiving surfaces avoid contact between the hardened rollers and the soft outer bearing groove and are used to accommodate the thrust loads of the compressor and to adjust the axial tolerances of the inner ring. An additional feature of the ring support mechanism is that, if the rings are mounted as previously described, it is possible to pre-assemble the inner ring and the outer ring and transport them to the compressor for final assembly.
Ein
Mechanismus zum Beschränken
und Ausschließen
einer Axialbewegung des inneren Rings relativ zu dem äußeren Ring
ist in 16 gezeigt. Es ist ein Axialbegrenzungssystem 90 gezeigt, das
eine Gewindewelle 91, eine Gewindeanordnungsöffnung 92,
einen Lagerungsblock 93, eine Sicherungsmutter 94,
einen Sechskantkopf 95 und eine Ausnehmung 96 aufweist.
Während
der Montage des Diffusors wird der Axialbegrenzungsmechanismus 90 derart
eingebaut, dass der Lagerungsblock 93 in der Ausnehmung 96 positioniert
ist. Der in der Ausnehmung positionierte Lagerungsblock ermöglicht einen
Freiraum für
die Abdeckung 34, um an dem äußeren Ring 42 angeordnet
zu werden, ohne dass es eine versehentliche Berührung zwischen den Lagerungsblöcken mit
dem inneren Ring gibt. Sobald die Aufnahme 34 eingebaut
ist, wird die Gewindewelle 91 gedreht, um den Lagerungsblock
mit dem inneren Ring in Berührung
zu bringen. Ist der Lagerungsblock ordnungsgemäß positioniert, wird der Mechanismus
durch Anziehen der Sicherungsmutter 94 lösbar befestigt.
Bei einem bevorzugten Mechanismus wird der Lagerungsblock aus einem
Ultra-Hoch-Molekulargewicht-Kunststoff hergestellt. Ein Verdichter kann
sechs derartige Axialbegrenzungsmechanismen aufweisen, die um den
inneren Ring umfangsmäßig gleichmäßig beabstandet
positioniert sind.A mechanism for restricting and excluding axial movement of the inner ring relative to the outer ring is shown in FIG 16 shown. It is an axial limitation system 90 shown that a threaded shaft 91 , a thread arrangement opening 92 , a storage block 93 , a si cherungsmutter 94 , a hexagon head 95 and a recess 96 having. During assembly of the diffuser becomes the Axialbegrenzungsmechanismus 90 installed so that the storage block 93 in the recess 96 is positioned. The positioned in the recess storage block allows a space for the cover 34 to the outer ring 42 be arranged without there being an accidental contact between the bearing blocks with the inner ring. Once the recording 34 is installed, the threaded shaft 91 rotated to bring the bearing block into contact with the inner ring. If the bearing block is properly positioned, the mechanism will be tightened by tightening the lock nut 94 releasably secured. In a preferred mechanism, the storage block is made from an ultra high molecular weight plastic. A compressor may have six such axial limiting mechanisms positioned circumferentially equally spaced around the inner ring.
Ein
Positionierungsantriebsmechanismus 121 zum umfangsmäßigen Drehen
des inneren Rings 40 in dem äußeren Ring 42 ist
unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Der äußere Ring 42 hat
eine fest daran angebrachte Zahnstangenzahnung 123, die
sich von dem äußeren Ring 42 radial auswärts erstreckt.
Ein Ritzelzahnrad 124, das über eine Ritzelachse 126 von
einem Stellglied 128 angetrieben wird, ist mit der Zahnstangenzahnung 123 in Kämmbeziehung.
Das Stellglied 128 wird ausgewählt und gesteuert, um eine
Bewegung des inneren Rings 40 bezüglich des äußersten Rings 42 zwischen
einer ersten, vollständig
offenen Position und einer zweiten, teilweise geschlossenen Position
und einer Anzahl von Zwischenpositionen dazwischen zu bewirken.
Die Achse 126 ist in einer Fassungsaufnahme 130 untergebracht,
die die Achse 126 hermetisch von dem Verdichterinneren 132 abdichtet
und die eine Fluidleckage aus dem Verdichter 10 durch die
Fassungsaufnahme 130 vermeidet. Die tangentiale Belastung
und die umfangsmäßige Belastung
auf die Ringe durch die Kühlmittelströmung in
den Diffusor verursacht, dass der innere Ring dazu neigt, in dem äußeren Ring
hin und her zu klappern. Eine übermäßige Bewegung
oder das Klappern des inneren Rings würden verursachen, dass sich
die Zahnstangenzahnung 123 und das Ritzelzahnrad 124 abnutzen,
und auch verursachen, dass andere Teile verschleißen. Ein
Vorbelasten bzw. ein Vorspannen des inneren Rings über die
Rollenanordnung, wie es hier zuvor beschrieben ist, vermeidet die
Bewegung des inneren Rings sowie das Klappern unter normalen Lastzuständen. In
Fällen
von ungewöhnlichen
Zuständen,
beispielsweise wenn man bei einem Pumpen arbeitet, ist ein zweiter
Mechanismus erforderlich, um die Bewegung des inneren Rings zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung sorgt dafür, dass ein Antriebsanordnungssystem
die nachteilige Bewegung und das Klappern des inneren Rings unterbindet,
indem das Spiel zwischen der Zahnstangenzahnung und dem Ritzelzahnrad über ein
Einstellen der relativen Mittelpositionen des Ritzelzahnrads und
der Zahnstangenzahnung unter Verwendung der Achsfassungsaufnahme 130 vermieden
wird. Die Außenfläche 125 der
Achsaufnahme ist um eine Aufnahmemittellinie 127 konzentrisch,
und eine Aufnahmebohrung 129 ist um eine Aufnahmebohrungsmittellinie 131 konzentrisch.
Bei einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die Aufnahmemittellinie 127 und
die Aufnahmebohrungsmittellinie 129 um 1,5 mm (0,060 inch)
versetzt. Es wird auf 11 Bezug genommen. Dort sind
Schraubenschlüsselflächen 135 und
Einstellschlitze 134 des Positionierungsantriebsmechanismus
gezeigt. Nach dem Einbau des Positionierungsantriebsmechanismus
in das Ansauggehäuse 31 wird
das Spiel zwischen der Zahnstangenzahnung 123 und dem Ritzelzahnrad 124 durch
Drehen des Antriebspositionierungsmechanismus entfernt, indem ein
(nicht gezeigter) Schraubenschlüssel über die
Schraubenschlüsselflächen 135 angesetzt
wird. Sobald ein minimales Spiel erreicht ist, wird der Positionierungsantriebsmechanismus
durch Anziehen der Befestigungsschauben 133 in der Lage
fixiert. Sobald das Spiel eliminiert ist, wird die Tendenz des inneren
Rings, sich zu bewegen, über
das Stellglied durch das Getriebesystem direkt abgeführt.A positioning drive mechanism 121 for turning the inner ring circumferentially 40 in the outer ring 42 is with reference to 10 described. The outer ring 42 has a fixed tooth rack toothing 123 extending from the outer ring 42 extends radially outward. A pinion gear 124 that has a pinion axis 126 from an actuator 128 is driven with the rack toothing 123 in combing relationship. The actuator 128 is selected and controlled to move the inner ring 40 concerning the outermost ring 42 between a first fully open position and a second partially closed position and a number of intermediate positions therebetween. The axis 126 is in a version 130 housed the axis 126 Hermetically from the compressor interior 132 seals and the fluid leakage from the compressor 10 through the frame shot 130 avoids. The tangential loading and circumferential loading on the rings by the flow of coolant into the diffuser causes the inner ring to tend to rattle in the outer ring. Excessive movement or rattling of the inner ring would cause the rack toothing 123 and the pinion gear 124 wear, and also cause other parts wear out. Pre-loading the inner ring over the roller assembly as described hereinabove avoids movement of the inner ring and rattle under normal load conditions. In cases of unusual conditions, such as when working with a pump, a second mechanism is required to avoid the movement of the inner ring. The present invention provides that a drive assembly system inhibits the adverse movement and rattling of the inner ring by adjusting the clearance between the rack gear and the pinion gear by adjusting the relative center positions of the pinion gear and the rack teeth using the axle box receiver 130 is avoided. The outer surface 125 The axle is about a receiving centerline 127 concentric, and a receiving bore 129 is around a pickup center line 131 concentric. In one embodiment of the present invention, the receiving centerline is 127 and the receiving bore centerline 129 offset by 1.5 mm (0.060 inch). It will open 11 Referenced. There are wrench surfaces 135 and adjustment slots 134 of the positioning drive mechanism. After installing the positioning drive mechanism into the intake housing 31 is the game between the rack toothing 123 and the pinion gear 124 by turning the drive positioning mechanism by placing a wrench (not shown) over the wrench flats 135 is set. Once a minimum clearance is achieved, the positioning drive mechanism is tightened by tightening the mounting bolts 133 fixed in the position. Once the clearance is eliminated, the tendency of the inner ring to move is directly dissipated through the actuator by the transmission system.
Die
Fluidströmung
durch den Diffusor 14 in einer zweiten, teilweise geschlossenen
Position bezüglich
der Strömungsrate
der vollständig
offenen Position wird durch das Verhältnis der minimalen Querschnittsfläche eines
Strömungskanals
eines Diffusors in einer teilweise geschlossenen Position zu der
minimalen Querschnittsfläche
eines Strömungskanals
(der durch die komplementären
Kanalsektionen 44 und 46 definiert wird) in einer
vollständig
offenen Position bestimmt. Diese minimale Strömungskanalfläche, die
als die "Schlundfläche" bekannt ist, wird
allgemein durch den kleinsten Durchmesser der Strömungspassage 52 des
inneren Ringkanals 44, wenn der Diffusor in einer vollständig offenen
Position ist, bestimmt und wird durch die Breite 53 an
der Schnittstelle zwischen dem inneren Ring 40 und dem äußeren Ring 42 gesteuert,
wenn der Diffusor 14 in einer zweiten, teilweise geschlossenen
Position ist. Falls beispielsweise ein Diffusorkanal eine minimale Fläche (Schlundfläche) von
81 mm2 (1/8 square inch) in einer zweiten,
teilweise geschlossenen Position und eine minimale Fläche (Schlundfläche) von
161 mm2 (¼ square inch) in einer vollständig offenen
Position hat, dann ist die Volumenströmungsrate des Fluids durch
einen Diffusor in der teilweise geschlossenen Position etwa 50%
der Strömungsrate
wie in der vollständig
offenen Position. Die Volumenströmungsrate
des Fluids durch den Verdichter 10 ist, wenn der Diffusor 14 in
einer zweiten, teilweise geschlossenen Position ist, allgemein zwischen
etwa 10% und 100% der Strömungsrate
des Fluids durch den Verdichter 10, wenn der Diffusor in
der ersten, vollständig
offenen Position ist.The fluid flow through the diffuser 14 in a second, partially closed position with respect to the full open position flow rate is determined by the ratio of the minimum cross sectional area of a flow channel of a diffuser in a partially closed position to the minimum cross sectional area of a flow channel (defined by the complementary channel sections 44 and 46 defined) in a fully open position. This minimum flow channel area, known as the "throat area", generally becomes the smallest diameter of the flow passage 52 of the inner ring channel 44 When the diffuser is in a fully open position, it is determined by the width 53 at the interface between the inner ring 40 and the outer ring 42 controlled when the diffuser 14 in a second, partially closed position. For example, if a diffuser channel has a minimum area (throat area) of 81 mm 2 (1/8 square inch) in a second, partially closed position and a minimum area (throat area) of 161 mm 2 (1/4 square inch) in a fully open position , then the volume flow rate of the fluid through a diffuser in the partially closed position is about 50% of the flow rate as in the fully open position. The volume flow rate of the fluid through the compressor 10 is when the diffuser 14 in a second, partially closed position, generally between about 10% and 100% of the fluid flow rate through the compressor 10 when the diffuser is in the first, fully open position.
In
der zweiten, teilweise geschlossenen Position (4)
sollten mindestens etwa 10% der Volumenströmung der vollständig offenen
Position durch den Diffusor 14 strömen, um ein übermäßiges thermodynamisches
Erhitzen, ein übermäßiges Geräusch und
eine Verschlechterung der Verdichtereffizienz zu vermeiden. Zu diesem
Zweck sollte der Betrag an Relativdrehung zwischen den zwei Ringsektionen
auf einen Drehungsbetrag beschränkt
werden, der notwendig ist, um eine zweite geschlossene Position
herbeizuführen.
In anderen Worten, die Ringe sollten nicht derart einstellbar sein,
dass sie eine Fluidströmung
dazwischen vollständig
sperren. Das Maß an
zulässiger
Drehung zwischen den zwei Ringen wird durch die gewünschte Strömung zwischen den Ringen
in einer vollständig
geschlossenen Position und der Anzahl und des Volumens der Einlassströmungskanalsektionen 44, 46 in
den Ringsektionen 40 und 42 in Relation zu dem
Volumen der Ringsektionen 40 und 42 bestimmt.In the second, partially closed position ( 4 ) should be at least about 10% of the volumetric flow of the fully open position through the diffuser 14 to avoid excessive thermodynamic heating, excessive noise, and deterioration of compressor efficiency. For this purpose, the amount of relative rotation between the two ring sections should be limited to a rotation amount necessary to bring about a second closed position. In other words, the rings should not be adjustable to completely block fluid flow therebetween. The amount of allowable rotation between the two rings is determined by the desired flow between the rings in a fully closed position and the number and volume of the inlet flow channel sections 44 . 46 in the ring sections 40 and 42 in relation to the volume of the ring sections 40 and 42 certainly.
Es
wird im Weiteren auf 4 Bezug genommen. R2 definiert
den Radius der Laufradspitze, R3 definiert
den Außenradius
des inneren Rings 40, und R4 definiert
den Außenradius
des äußeren Rings. Indem
man die Dicke, die durch die Größe T = R3 – R2 definiert ist, des inneren Rings 40 nicht
größer macht
als erforderlich ist, um einen gewünschten Anteil der Strömung (beispielsweise
50% der Strömung) durch
die äußeren Ringkanäle 46 zu
blockieren, kann die Fluidströmung
durch den Diffusor 14 effizient kontrolliert werden. Die
Drehung des inneren Rings relativ zu dem äußeren Ring reduziert die Diffusorschlundfläche, bevor
es zu einer Diffusion gekommen ist, was so eine Strömungsbeschleunigung
nach der Diffusion vermeidet. Je kleiner die Dicke des inneren Rings
T ist, desto kleiner sind auch die Umlenkwinkel der Strömung durch
den Diffusor in der teilweise geschlossenen Position. Beide zuvor
beschriebenen Effekte verbessern tendenziell die Verdichtereffizienz
unter Teillast-Betriebszuständen.It will be further on 4 Referenced. R 2 defines the radius of the impeller tip, R 3 defines the outer radius of the inner ring 40 , and R 4 defines the outer radius of the outer ring. By dividing the thickness defined by the size T = R 3 -R 2 of the inner ring 40 does not make greater than is required to achieve a desired proportion of the flow (eg, 50% of the flow) through the outer annular channels 46 To block the fluid flow through the diffuser 14 be controlled efficiently. The rotation of the inner ring relative to the outer ring reduces the diffuser throat area before it has diffused, thus avoiding flow acceleration after diffusion. The smaller the thickness of the inner ring T, the smaller are the deflection angles of the flow through the diffuser in the partially closed position. Both of the above-described effects tend to improve compressor efficiency under part load operating conditions.
Es
wird jetzt auf 5 und 12 Bezug
genommen. Es wird ein Diffusor gezeigt, der einen Mechanismus zum
Bereitstellen eines Anschlags für den
inneren Ring, der einer ersten, vollständig offenen Position und einer
zweiten, teilweise geschlossenen Position entspricht, aufweist.
In den äußeren Ring 42 ist
eine Vertiefung 137 gearbeitet, um die Zahnstangenzahnung 123 aufzunehmen.
Die Zahnstangenzahnung 123 ist genau an dem inneren Ring 40 in
der Art einer Nut- und -Feder-Verbindung angeordnet, wobei die Zahnstangenzahnung
mit einer umfangsmäßigen Nut 143 versehen
ist, die daran angepasst ist, einen Zungenabschnitt 139 des
inneren Rings 40 aufzunehmen. Um die vollständig offene Position
zu bestimmen, wird der innere Ring in dem äußeren Ring positioniert, und
die Ringe werden relativ zueinander gedreht, bis die Strömungspassagen 52 vollständig mit
den äußeren Strömungskanälen 46 ausgerichtet
sind. Sind die Ringe in dieser Position und der Ringstützmechanismus,
wie hier zuvor beschrieben ist, eingestellt, wird die Zahnstangenzahnung
an dem inneren Ring angeordnet, wobei eine Verzahnungsseite 145 einen
Anschlag 140 der Vertiefung 137 für "für ganz offen" berührt. Schrauben
(nicht gezeigt) werden dann durch Verzahnungsanbringungsöffnungen 142 eingeführt und
fest in Gewindeöffnungen 138 in
dem inneren Ring angezogen. Die Zahnstangenzahnung und die Vertiefung sind
derart bemessen, dass sie für
einen vorbestimmten Schließbetrag
des Rohrdiffusors sorgen. Beispielsweise können sie derart bemessen sein, dass
die Differenz zwischen der Zahnstangenzahnung-Winkelbreite und der
Vertiefung für
eine 10% offene Position sorgt. In diesem Beispiel ist die erforderliche
Bewegung der Zahnstangenzahnung 10°, die Zahnstangenzahnung-Winkelbreite
ist 35°,
und die entsprechende Vertiefungs-Winkelbreite ist 45°. Ist die
Zahnstangenzahnung auf diese Weise positioniert, wird ein Anschlag
zwischen der Zahnstangenzahnung und der Vertiefung erzeugt, um die
Ringe an Punkten genau und wiederholbar zu positionieren, die einer
vollständig
offenen Position und einer teilweise geschlossenen Position entsprechen.
Die Anschläge
erlauben auch das Nachrüsten
des Stellglieds 128 im Feld, ohne dass es erforderlich
ist, die Position des inneren Rings und des äußeren Rings einzustellen.It will be up now 5 and 12 Referenced. There is shown a diffuser having a mechanism for providing an inner ring stop corresponding to a first fully open position and a second partially closed position. In the outer ring 42 is a depression 137 worked to the rack toothing 123 take. The rack toothing 123 is exactly on the inner ring 40 arranged in the manner of a tongue and groove connection, wherein the rack toothing with a circumferential groove 143 is fitted, which is adapted to a tongue section 139 of the inner ring 40 take. To determine the fully open position, the inner ring is positioned in the outer ring and the rings are rotated relative to each other until the flow passages 52 completely with the outer flow channels 46 are aligned. When the rings are set in this position and the ring support mechanism as described hereinbefore, the rack toothing is disposed on the inner ring with a gear side 145 a stop 140 the depression 137 for "for the open" touched. Screws (not shown) are then threaded through gearing mounting holes 142 inserted and tight in threaded holes 138 attracted to the inner ring. The rack toothing and the recess are dimensioned to provide a predetermined closing amount of the pipe diffuser. For example, they may be sized such that the difference between the rack tooth angle width and the recess provides for a 10% open position. In this example, the required rack tooth movement is 10 °, the rack tooth angle width is 35 °, and the corresponding pit angle width is 45 °. With the rack teeth positioned in this manner, a stop is created between the rack teeth and the recess to accurately and repeatably position the rings at points corresponding to a fully open position and a partially closed position. The stops also allow the retrofitting of the actuator 128 in the field, without the need to adjust the position of the inner ring and the outer ring.
Der
Betrieb und die Verwendung des Verdichters, wie hier zuvor beschrieben
wurde, kann unter Bezugnahme auf 5 verstanden
werden, die ein Leistungsdiagramm für einen Verdichter mit einem
darin integrierten variablen Rohrdiffusor zeigt. Das Leistungsdiagramm
von 5 umfasst eine Mehrzahl von Leistungskurven 60, 62, 64, 66 und 68, die
je einer diskreten Positionierung zwischen den Sektionen des inneren
Rings 40 und des äußeren Rings 42 entsprechen.
Jede Leistungskurve, z. B. 60, wird durch einen Pumppunkt,
z. B. 70, charakterisiert, der der Punkt des zur Verfügung stehenden
Maximaldrucks ist. Ein Betrieb eines Verdichters bei einer Strömungsrate
an dem Pumppunkt oder unterhalb des Pumppunkts führt wahrscheinlich zu einem Pumpzustand,
wie es in dem Abschnitt "Hintergrund der
Erfindung" beschrieben
wurde.The operation and use of the compressor as hereinbefore described may be with reference to 5 which shows a performance diagram for a compressor with a variable pipe diffuser integrated therein. The performance diagram of 5 includes a plurality of performance curves 60 . 62 . 64 . 66 and 68 each having a discrete positioning between the sections of the inner ring 40 and the outer ring 42 correspond. Each power curve, z. B. 60 , is by a pump point, z. B. 70 , which is the point of maximum available pressure. Operation of a compressor at a flow rate at the pumping point or below the pumping point is likely to result in a pumping condition as described in the Background of the Invention section.
Zum
Zwecke der Darstellung kann die Kurve 60 beispielsweise
einer ersten, vollständig
offenen Position, die Kurve 62 einer um 2° teilweise
geschlossenen Zwischenposition, die Kurve 64 einer um 4° teilweise
geschlossenen Zwischenposition und die Kurve 68 einer um
8° teilweise
geschlossenen Maximalposition entsprechen.For purposes of illustration, the curve 60 for example, a first, fully open position, the curve 62 a 2 ° partially closed intermediate position, the curve 64 a 4 ° partially closed intermediate position and the curve 68 correspond to a partially closed by 8 ° maximum position.
Man
sieht, dass das Einstellen der Ringsektionen 40 und 42 in
Richtung einer geschlossenen Position den Effekt des Anpassens des
Pumppunkts, beispielsweise 70, 72, in einer Leistungskurve
für einen
Verdichter in Richtung einer niedrigen Strömungsrate hat. So kann ein
Pumpzustand während Zeiten
einer niedrigen Strömungsnachfrage
durch Einstellen der Diffusorringe 40 und 42 in
Richtung einer geschlossenen Position vermieden werden.You can see that adjusting the ring sections 40 and 42 in the direction of a closed position, the effect of adjusting the pumping point, for example 70 . 72 , in a power curve for a compressor in the direction of a low flow rate. Thus, pumping may occur during periods of low flow demand by adjusting the diffuser rings 40 and 42 be avoided in the direction of a closed position.
Zum
Verständnis
ist es hilfreich, das Leistungsdiagramm von 5 für einen
Verdichter mit einem variablen Diffusor mit dem in 6 gezeigten Leistungsdiagramm
zu vergleichen, das einem Verdichter entspricht, der nur einstellbare
Einlassführungsschaufeln
aufweist. In 6 entsprechen Kurven 80, 82, 84 und 86 und 88 einem
diskreten Positionieren der Führungsschaufeln 33 in
zunehmend geschlossenen Positionen. Man sieht, dass ein Schließen der
Führungsschaufeln 33 wie
das Schließen
der Diffusorringsektionen 40 und 42 den Effekt
hat, die Strömungsrate
am Pumppunkt zu verringern. So kann ein Pumpzustand häufig durch
Einstellen der Einlassführungsschaufeln 33 in
Richtung einer geschlossenen Position vermieden werden.To understand it is helpful to see the performance diagram of 5 for a compressor with a variable diffuser with the in 6 to compare performance diagram corresponding to a compressor having only adjustable inlet guide vanes. In 6 correspond to curves 80 . 82 . 84 and 86 and 88 a discrete positioning of the guide vanes 33 in increasingly closed positions. You can see that closing the guide vanes 33 like closing the diffuser ring sections 40 and 42 has the effect of reducing the flow rate at the pumping point. Thus, a pumping condition can often by adjusting the inlet guide vanes 33 be avoided in the direction of a closed position.
Jedoch
sieht man von dem Leistungsdiagramm von 6, dass
ein Einstellen der Führungsschaufeln 33 in
Richtung einer geschlossenen Position den weiteren Effekt hat, den
Abgabedruck (head pressure) zu reduzieren, den man von dem Verdichter 10 an
dem Pumppunkt erhalten kann. Folglich kann ein Betriebszustand mit
einer niedrigen Strömungsrate,
der einen relativ hohen Druck erfordert, durch alleiniges Einstellen
der Führungsschaufeln 33 nicht
erfüllt
werden.However, you can see from the performance diagram of 6 that adjusting the guide vanes 33 towards a closed position has the further effect of reducing the head pressure that is exerted by the compressor 10 can get at the pump point. As a result, a low flow rate operating state requiring a relatively high pressure can be set by only adjusting the guide vanes 33 not be met.
Im
Gegensatz dazu sieht man aus dem Leistungsdiagramm von 5,
dass der vom Verdichter 10 zur Verfügung stehende Druck am Pumppunkt
im Wesentlichen stabil bleibt, wenn die Diffusorringe 40 und 42 in
Richtung einer geschlossenen Position eingestellt werden. Folglich
kann ein Betriebszustand, der eine niedrige Strömungsrate und einen hohen Verdichterdruck
erfordert, durch Einstellen der Diffusorringe 40 und 42 in
Richtung einer geschlossenen Position erfüllt werden.In contrast, you can see from the performance diagram of 5 that of the compressor 10 available pressure at the pumping point remains substantially stable when the diffuser rings 40 and 42 be set in the direction of a closed position. Consequently, an operating condition requiring a low flow rate and a high compressor pressure can be achieved by adjusting the diffuser rings 40 and 42 be met in the direction of a closed position.
Ein
Betriebszustand, der eine niedrige Strömungsrate und ein hohes Druckverhältnise relativ
zu dem Druckverhältnis
bei Volllastbetrieb (z. B. 90% der Volllast) erfordert, in dem Fall üblich, bei
welchem es eine große
Differenz (z. B. 50°F
oder mehr) zwischen der Umgebungslufttemperatur und der Innentemperatur,
aber eine gelegentliche leichte Lastbeaufschlagung in einem zu kühlenden
Gebäude
gibt. In einer derartigen Situation wird durch die Kühlmittelsättigungsdrücke, die
der Kondensatortemperatur und der Verdampfertemperatur entsprechen,
ein relativ hohes Verdichterdruckverhältnis (z. B. über 2,5) benötigt, aber
es wird nur eine reduzierte Strömungsrate,
beispielsweise 25% der Volllast, benötigt, um die in dem Gebäude erzeugte
Wärme abzuführen.One
Operating condition, which is a low flow rate and high pressure ratio relative
to the pressure ratio
at full load operation (eg 90% of full load) requires, in the case usual
which is a big one
Difference (eg 50 ° F
or more) between the ambient air temperature and the indoor temperature,
but an occasional light load in one to be cooled
building
gives. In such a situation, the coolant saturation pressures,
corresponding to the condenser temperature and the evaporator temperature,
a relatively high compressor pressure ratio (eg above 2.5) is needed, but
it's just a reduced flow rate,
For example, 25% of the full load needed to generate the generated in the building
Dissipate heat.
7 zeigt
ein Leistungsdiagramm für
einen Verdichter, der sowohl einstellbare Führungsschaufeln als auch einen
variablen Rohrdiffusor aufweist. Man sieht, dass die Effizienz eines
Verdichters häufig durch
Kombinieren eines Einstellens der Führungsschaufeln 33 mit
einem Einstellen der Diffusorringe 40 und 42 optimiert
werden kann. Es wird auf 7 Bezug genommen. Die gestrichelten
Kurven 111, 112, 113, 114, 115 und 116 zeigen
Leistungskurven für
einen Verdichter mit einem variablen Diffusor bei einer vollständig offenen
Position für
verschiedenes Positionieren der Einlassführungsschaufeln 33,
wohingegen die durchgezogenen Kurven 101, 102, 103, 104 und 105 Leistungskurven
für einen
Verdichter mit teilweise geschlossenen (hier ist in der geschlossenen
Position etwa 40% der Originalströmungsrate vorhanden) Diffusorringen
bei verschiedenen Führungsschaufelpositionierungen
zeigen. Wie Fachleuten wohl bekannt ist, arbeitet ein Verdichter
mit einer optimalen Effizienz, wenn er an dem "Knie" (beispielsweise 81 in 6)
der Leistungskurve arbeitet, die die Leistung des Verdichters beschreibt.
Es wird auf Diagramm 7 Bezug genommen. Der Betriebszustand,
der beispielsweise einen Druck von etwa dem 0,7-fachen des Maximums
und eine Strömungsrate von
etwa dem 0,3-fachen des Maximums erfordert, würde am effizientesten durch
einen Verdichter erfüllt werden,
der gemäß der Kurve 104 arbeitet,
was durch Einstellen der Diffusorringe 40 und 42 auf
eine geschlossene Position und durch Einstellen der Führungsschaufeln 33 auf
eine 10°-Position
realisiert wird. 7 shows a performance diagram for a compressor having both adjustable guide vanes and a variable pipe diffuser. It can be seen that the efficiency of a compressor often by combining an adjustment of the guide vanes 33 with adjusting the diffuser rings 40 and 42 can be optimized. It will open 7 Referenced. The dashed curves 111 . 112 . 113 . 114 . 115 and 116 show performance curves for a compressor with a variable diffuser at a fully open position for various positioning of the inlet guide vanes 33 whereas the solid curves 101 . 102 . 103 . 104 and 105 Performance curves for a compressor with partially closed (here in the closed position about 40% of the original flow rate available) show diffuser rings at different guide blade positions. As is well known to those skilled in the art, a compressor works with optimum efficiency when attached to the "knee" (e.g. 81 in 6 ) of the power curve that describes the performance of the compressor. It's going to diagram 7 Referenced. For example, the operating condition, which requires, for example, a pressure of about 0.7 times the maximum and a flow rate of about 0.3 times the maximum, would most efficiently be accomplished by a compressor, as shown in the graph 104 works by adjusting the diffuser rings 40 and 42 to a closed position and by adjusting the guide vanes 33 realized on a 10 ° position.
Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine Anzahl von speziellen
Ausführungsformen
beschrieben wurde, versteht man, dass der Bereich der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche bestimmt werden soll.Even though
the present invention with reference to a number of specific
embodiments
has been described, it is understood that the scope of the present
Invention with reference to the appended claims.