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Mehrstufiger Fliehkraftverdichter bzw. mehrstufige Fliehkraftpumpe
Bei Fliehkraftmaschinen zum Fördern von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten mit hinbereinanderges:chalteben
Radialstufien wird das Fördermittel infolge der Fliiehkraftwvrkung in den Laufrädern
der aufieinanderfolgenden Stufen allmählich auf den verlangten Druck gebracht. Dabei
weist das Fördermittel beim Austritt aus jedem Laufrad eine gewisse Geschwindigkeit
auf. Diese Austri.ttsgeschwindigkeit stellt bezüglich der angestrebten Druckerhöhung
einen Verlust dar. Es ist deshalb schon vielfach vorgeschlagen worden, diese kinetische
Energie in Einrichtungen (Diffusoren), die den @einzelnen Laufrädern. nachgeschaltet
sind, möglichst verlustfrei in Druck umzuwandeln. Eine :solche Druckumwandhing läßt
,sich jedoch für gewöhnlich nur dann mit einem guten Wirkungsgrad erreichen, wenn
der Diffusorkanal ixi radialer Richtung lang ist. Das bedingt aber einen großen
Außendurchmesser der Fliehkraftmaschine und führt daher zu schweren und teuren Bauarten.
Aus diesem Grunde läßt :sich der theoretisch gewünschte Druckanstieg in einem radialen
Diffusor mit, Rücksicht auf die hierfür erforderlichen großen Abmessungen für gewöhnlich
nicht erreichen. Dies ist insofern nachteilig, als die kinetische Energie der Austrittsgeschwindigkeit
aus einem Laufrede einem beträchtlichen Teil der Druckerhöhung entspricht, die in
der betreffenden Stufe erreichbar s iein sollte, so daß es wichtig ist, daß diese
Austrittsgeschwindigkeit möglichst verlustfrei bei kleinstmöglichen Abmessungen
der Maschine in Druck umgewandelt wird.
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Nach dem Austritt aus denn Diffusor ist dann das Fördermittel jeweils
um etwa Co' umzulenken, damit es dem nächstfolgenden Laufrad in der erforderlichen
Richtung zuströmt. Diese Urnlenkung# erfolgt meistens schon nach Durchströmung eines
Diffusors von verhältnismäßig kurzer radialer Ausdehnung. Damit eine mit gutem Wirkungsgrad
arbeitende Fliehkraftmas,chine erhalten wird, ist ferner darauf zu achten, daß die
Strömungsverluste zwischen dem Austritt aus einem Laufrad und dem Eintritt in das
nächstfolgende Laufrad so klein wie möglich ausfallen, weshalb eis auch wichtig
ist, daß die erwähnte Umlenkung hinsichtlich Strömungsverlusten möglichst verlustlos
vor sich geht.
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Gegenstand vorliegender Erfindung bildet nun eine mehrstufige Fliehkraftmaschine
.zum Fördern von Gasen, Dämpfen und Flüssigkeiten, bei welcher jedem Laufrad ein
radialer Diffusor nachgeschaltet ist, an welchen sich ein Raum anschließt, in dem
die Strömung des auf höheren Druck gebrachten Fördermnttels von außen nach innen
zur nächsitfolgenden Stufe umgelenkt wird. Zweck der Erfindung ist, bei einer Fliehkraftmaschin:e
dieser
Art auch bei Verwendung von Diffusoren uind Umlenkräumen, deren Durchmesser im Verhältnis
zu denjenigen der Laufräder verhältnismäßig klein ist-, eine gute Umsetzung der
kinetischen Energie in Druck zu erhalten.
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Dabei stützt sich die Erfindung auf die Erkenntnis, daß bei einer
solchen Umsetzung Energieverluste hauptsächlich dort eintreten, wo die Strömung
nach dem Diffusor um etwa i8o' umgelenkt wird sowie bei der Kompensnerung des der
Strömung in Laufrädern e rte,. ilten Dralles durch Leitschaufeln, die im Diffusor
oder nach dem die Umlenkung der Strömung bewirkenden Raum vorgesehen sind. Die Verluste
bei der Umlenkung sind vor allem durch den Umstand bedingt, daß die geforderte Umlenkung
um etwa i 8o - auf einer verhältnismäßig kurzen Strecke ohne große Ablösung nicht
erfolgen kann. Die Kompensierting des Dralles ist vor allem mit großen Verlusten
verbunden, wea die Ströinung nach der Umlenkung in .stark gestörtem und unregelmäßigem
Zustand den vorliandeiien Leitschaufeln zufließt.
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Bei einer mehrstufigen Fliehkraftmaschine nach vorliegender Ei-finduing
ist die axiale Breite des Strömungsweges zwischen zwei Stufen am Austritt aus dem
Umlenkungsrauni um mindestens io v. H. kleiner als dieaziale Breite am Eintritt
in den Umlenkungsraum. Ferner ist für die zwischen je zwei Stufen zu be«irkende
Drallkompensierung ein Leitschaufelkranz vorgesehen, dessen mittlere Kanalbreite
1/i0 bis 1/20 des Außendurchmessers des Leit;schaufelkranzes -beträgt.
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Bei einer .solchen Maschine wird erreicht, daß die Strömung in dem
Teil des Raumes, in welchem die Umlenkung um etwa iSo" vor .sich geht, unter Beschleunigung
erfolgt, so daß keine wesentliche Ablösung stattfindet.
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Im Gegensatz zu den bis heute gebräuchlichen Fliehkraf tmaschinen
mit Leitvorrichtungen, die nur aus wenigen (Etwa ,4 bis 8); sich radial bis in die
Nähe der Maschinenachse erstreckenden Schaufeln bestehen, weisen die Leitschaufelkränze
von Fliehkraftma:schin.en nach vorliegender Erfindung eine große Zahl (zweckmäßig
2o und mehr) von Leitschaufeln mit enger Teilung auf, von denen der größte Teil
verhältnismäßig kurz ist. Dabei wird der Leits:chaufelkranz zweckmäßig unmittelbar
hinter dem Umlenkungsraum angeordnet und die radiale Länge der nicht verlängerten
Leitschaufeln des Leitschaufelkranzes ist ! 1/$ des Außendurchmessers des Leitschnü,felkranzes.
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Auf der Zeichnung isst eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
beispielswei.se veranscbaulicht. Es zeigt Fig. i ,einen axialen Längsschnitt durch
einen Teil eines mehrstufigen Fliehkraftverdichters, Fig. 2 einen Schnitt nach der
Linie II-II der Fig. i, und Fig.3 zeigt eine Abänderung einer Einzellieit.
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In den Figuren bezeichnen i und 2 zwei hiniereinandergesclialtete
Laufräder eines Fliehkraftverdichters bzw. einer Flielikraftpumpe. Diese Laufräder
i, 2 sind mit der Welle 3 starr verbunden, so daß sie sich mit derselben drehen.
Der Pfeil B gibt die Strömungsrichtung des vom Fliehkraftverdichter bzw. von der
Fliehkraftpumpe zu fördernden Mittels (Dampf, Luft, Flüssigkeit oder Gas) an. Jedem
Laufrad i, 2 ist ein radialer Diffusor q. nachgeschaltet. An den Diffusor q. schließt
sich ein :eine Umlenkuing der Ströinunb bewirkender Raum 5 an. Dieser Umlenkungsraum
5, in dem die Strömung des auf höheren Druck gebrachten Fördermittels von außen
nach innen zur nächstfolgenden Stufe umgelenkt wixd, weist einen in der Strömungsrichtung
abnehmenden Querschnitt au,f. Bezeichnet x die axiale Breite des Strömungsweges
zwischen den zwei Stufen i, 2 am Eintritt in den Umlenkungsraum 5 und y die axiale
Breite de,s Strömungsweges am Austritt aus dem Umlenkungsraum 5, so ist y um mindestens
io v. H, kleiner als x.
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In der Strömungsrichtung folgt unmittelbar auf den Umlenkungsraum
5 ein Leitschau.felkranz A, welcher im Verhältnis zu dessen Außendurchmesser D -eine
enge Schaufelteilung aufweist, indem ;E 1/10 bis 1/20 von D beträgt, wobei t den
Abstand senkrecht zur Strömungsrichtung zwischen zwei benachbarten Schaufeln dieses
Leitschaufelkranzes A bezeichnet. Letzterer .setzt sich der Hauptsache nach aufs
verhältnismäßig kurzen Schaufeln 6 zusammen, feyrner aus einer Anzahl von Schaufeln
7, die in Form radialer Rippen gegen die Eintrittsöffnung der nächsten Stufe hin
verlängert .sind, sowie aus einer dritten Gruppe von Schaufeln 8, die noch mehr
als die Schaufeln 7 radial gegen die Eintrittsöffnung der nächsten Stufe hin verlängert
sind. Die radiale Länger der nicht verlängerten Leitschaufeln 6 ist _! 1/s des Außendurchmessers
D des Leitschaufelkranzes A.
Alle Schaufeln 6, 7, 8 dieses Kranzes
A weisen in der Strömungsrichtung des zu fördernden Mittels ein stromlinienförmiges
Querschnittsprofil auf. Jeder LeitschaufelkranzA bringt die für die stoßfreie Anströmung
des in der Strömungsrichtung nächstfolgenden. Laufrades erforderliche Strömungsrichtung
hervor.
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Infolge des Umstandes, daß die axiale Breite y des Strömungsweges
zwischen den -zwei Stufen i, 2 am Austritt aus dem Umlenkungsraum
5
um mindestens io v. H. kleiner ist als die axiale Breite x am Eintritt in den Raum
5, treten in diesem Umlenkungsraum 5 praktisch keine Ablösungen der Strömung ein;
zugleich wird darin eine Beschleunigung das Fördermittels bei der Umlenkung zum
i8o° bewirkt, was, einen weitgehenden Auisgleich im Strömungsfeld bezüglich Geschwindigkeit,
Richtung und E:nergievertei:-lung zur Folge hat.
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Gewünsichtenfalls kann der Leitschau,felkranz auch vor denn ilmlenkungsraum
5 werden.
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Der zur Kompensierung des Dralles dienende Leitschaufelkranz kann
,auch in zwei Hälften unterteilt werden, von denen dann die eine, wie in Fig.3 gezeigt,
var und die andere nach dem Umlenkungsraum 5 angeordnet sein kann. In Fig. 3 ist
die vor dem Umlenkungsraum 5 angeordnete Hälfte des Leitschaufelkranzes mit
E und- die nach dem Raum 5 angeordnete Hälfte mit F bezeichnet.
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Erst durch die gleichzeitige Anwendung der das Wesen vorliegender
Erfindung ausmachenden zwei Hauptmerkmale, nämlich die Ausbildung des dem Diffuser
nachgeschalteten Umlenkungsraumes in solcher Weise, daß dessen Querschnitt in der
Strömungsrichtung um mindestens i o v. H. abnimmt, und die Verwendung von Leitschaufelkränzen
zur Dralikompensierung, deren mittlere Kanalbreite t 1/1o bis 1/2o des Außendurchmessers
D dieser Kränze beträgt, lassen sich wertvolle Teile an kinetischer Energie, welche
sonst in den radialen Diffusoren und in dem Umlenkungsraum 5 verlorengehen würden,
für die, Druckerhöhung und die Erzielung eines guten Gesamtwirkungsgrades von mehrstufigen
Fliiehkraftverdichbern mit bestem Wirkungsgrad verwenden.
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Zweckmäßig wird die Strecke zwischen dem Austritt aus dem Laufrad
einer Stufe und dem Eintritt in das Laufrad der nächstfolgenden Stufe .so ausgebildet,
daß die Qwerschnittsfolge eine stetige ist und daß nirgends plötzliche Querschnittsänderungen
weder im Diffusor noch in dem Umlenkungsraum und in dem Rückführkanal auftreten,
wobei unter letzterem, beispielsweise in. Fig. i, der Teil hinter den Leitschaufeln
6 verstanden wird.
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Vom Leitschaufelkranz können die nicht verlängerten Schaufeln 6 vierdrehbar
ausgebildet .sein. _