DE7906322U1

DE7906322U1 - Mehrstufiger turbokompressor mit schaufelraedern fuer diagonalstroemung

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Publication number: DE7906322U1
Application number: DE19797906322U
Authority: DE
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1978-03-07
Filing date: 1979-03-07
Publication date: 1979-08-16
Also published as: IT1114558B; IT7948207A0; US4224010A; FR2419415A1; JPS54117915A; GB2018359A; US4224010B1; GB2018359B; FR2419415B1; DE2908800A1; JPS5817357B2; BR7901358A; CH638018A5; DE2908800C2

Description

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KAWASAKI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA, Kobe-Shi, Japan

Mehrstufiger Turbokompressor mit Schaufelrädern für Diagonalströmung

Die Neuerung bezieht sich allgemein auf mehrstufige Kreiselverdichter bzw. Turbokompressoren mit einer Mehrzahl von Flügelrädern oder Schaufelrädern, die auf einer einzigen rotierenden Welle angebracht sind und der Verdichtung von gasförmigen Mitteln wie Luft öder eines Gases dienen.

Im allgemeinen ist ein gasförmiges Mittel, wie Luft oder ein Gas, kompressibel, so daß bekanntlich bei der Verdichtung desselben zwecks Steigerung seines Druckes sein Volumen gemäß dem Boyleschen Gesetz (auch als Mariottesches Gesetz bekannt) abnimmt. Für einen vierstufigen Kompressor, der angesaugte Luft auf einen Ausstoßdruck von 686,7 kPa (7 kg/cm ) bringen soll, muß das Druckverhältnis - das ist das Verhältnis des absoluten Ausstoßdrucks und Ansaugdrucks. für jede Stufe bei einem Wert in der Größenordnung von 1,7 liegen und die volumetrische Strömungsmenge des in ein Flügelrad oder Schaufelrad eingesaugten gasförmigen Mittels ungefähr auf 60% beim Eintritt in die nachfolgende Stufe reduziert werden.

Damit ein Ausstoß- oder Abgabedruck von 686,7 kPa (7 kg/cm ) mit dreistufiger Verdichtung erhalten wird, muß ein Druckverhältnis von etwa 2 je Stufe gewählt Werden. In diesem Fall wird die volumetrische Strömungsmenge am Eingang des Schaufelrades der folgenden Stufe auf etwa 50% derjenigen der vorausgehenden Stufe herabgesetzt. Wenn also das Druckverhältnis je Stufe größer wird, steigt das Maß der Volumenabnahme des in das Schaufelrad einer nachfolgenden Stufe eingesaugten Strömungsmittels an.

Andererseits ist es, damit das Schaufelrad jeder Stufe einen hohen Wirkungsgrad besitzt, erforderlich, daß die spezifische (Dreh)-Geschwindigkeit N_g, wie sie durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird, innerhalb eines optimalen Bereichs für jede Stufe liegt:

N₅ = N - Q^1/2/H_ad ^3/4 (1)

worin N die Drehgeschwindigkeit (UpM), Q die volumetrische Strömungsmenge jeder Stufe (nr/min) und H, die Druckhöhe jeder Stufe (m) bedeuten. Diese spezifische Geschwindigkeit N„ ist von dem Ähnlichkeitsgesetz der Flüssigkeitsmechanik für Turbogebläse und Kompressoren abgeleitet. Es ist eine Größe, die in einer wichtigen Beziehung zum Betrieb der Turbomaschine steht und stellt einen wesentlichen Faktor auch bei der Wahl der Schaufelräder-Type dar.

Unter den Arten der Schaufelräder sind die gebräuchlichen die Bauarten für zentrifugale Strömung, für diagonale oder gemischte Strömung sowie die Propellerbauart für axiale Strömung. Für jede Type besteht eine optimale spe- | zifische Geschwindigkeit N_g, und die Schaufelräder gleicher spezifischer Geschwindigkeit N_ sind geometrisch ähnliche Schaufelräder, unbeachtlich ihrer Größen und ihrer Drehgeschwindigkeiten. Ferner hat der optimale Wert der spezifischen Geschwindigkeit li_ die Eigenschaft zuzunehmen mit zunehmender Weite bzw. Breite der Schaufeln bei der zentrifugalen Bauart sowie außerdem mit dem Übergang zu der Bauart für diagonale Strömung.

Bisher waren bei mehrstufigen Turbokompressoren die Schaufelräder der einzelnen Stufen von der Bauart für axiale Strömung oder für zentrifugale Strömung oder für eine Kombination der beiden. Beispielsweise sind bei einer herkömmlichen Ausführung mehrere Schaufelräder der zentrifugalen Bauart hintereinander in Tandemanordnung auf einer

• ι

einzigen Welle befestigt und haben alle Schaufelräder den selben Außendurchmesser. Sind so die Außendurchmesser sämtlicher Schaufelräder gleich groß, so nimmt die spezifische Geschwindigkeit N_ proportional mit \/~Q^nach den hinteren Stufen zu ab. Daher sind die Formen der Schaufelräder so ausgeführt, daß auf der Niederdruckseite einschließlich der Anfangsstufe das Verhältnis des Innen- und Außendurchmessers jedes Schaufelrades groß und die Schaufelweite breit ist, während auf der Hochdruckseite das Verhältnis I , des Innen- und Außendurchmessers kleiner wird und die

k Schaufelbreite schmaler wird, wobei der Strömungsweg der

Schaufel mit Annäherung an die Endstufe langer wird.

|| Jedoch ist der Bereich der optimalen spezifischen

H Geschwindigkeit, in welchem ein Schaufelrad der Zentrifugalbauart einen hohen Wirkungsgrad entwickeln kann, nicht sehr breit. Aus diesem Grunde hat im allgemeinen die spezifische Geschwindigkeit N_ nur eines Teils der Schaufelräder einen

optimalen Wert und kann ein Absinken der Wirkungsgrade der anderen Schaufelräder nicht vermieden werden. Dies war bis-

' her die Ursache des Absinkens des Gesamtwirkungsgrades des

1 Kompressors.

ί Um diesen Nachteil nach Möglichkeit zu beheben, sind

bei einem bekannten mehrstufigen Turbokompressor mehrere I Schaufelräder in Tandemanordnung hintereinander auf einer

\ einzigen rotierenden Welle befestigt, wie auch bei der vor-

f: stehend besprochenen Ausführung, jedoch ist das Schaufelrad

% der Anfangsstufe mit doppelter Ansaugung versehen, bei der

das gasförmige Mittel an den axial gegenüberliegenden Enden P angesaugt wird. Mit dieser Ausbildung wird angestrebt, die

I Kapazität des Schaufelrades der Anfangsstufe zu steigern,

I um den Bereich der spezifischen Geschwindigkeit Ν_β der an-

j; ^s

" deren Schaufelräder so schmal wie möglich zu machen und um

p den Gesamtwirkungsgrad des Kompressors zu erhöhen. In die-

μ sem Fall ist jedoch der Strömungsweg vom Schaufelrad mit

doppelter Ansaugung der Anfangsstufe zum Eingang des Schaufelrades der nachfolgenden Stufe verwickelt und bereitet die Konstruktion des Kompressorgehäuses Schwierigkeiten.

Bei einem anderen bekannten mehrstufigen Turbokompressor wird derselbe Zweck wie bei der vorbesprochenen Ausführung verfolgt, indem ein Schaufelrad der Anfangsstufe mit einem weiten, unbehinderten Eingang am Vorderende der rotierenden Welle versehen ist, die im vorderen Bereich als freitragende Welle ausgebildet ist. Auf diese Weise erhält das Schaufelrad der Anfangsstufe eine große Kapazität. Seine optimale spezifische Geschwindigkeit ist groß und der Bereich der spezifischen Geschwindigkeiten N der Schaufelräder der nachfolgenden Stufen eng gemacht. Da in diesem Fall jedoch ein vorderes oder inneres Lager erforderlich ist zwischen dem Schaufelrad der Anfangsstufe und dem der folgenden zweiten Stufe, ist das Kompressorgehäuse unterteilt an der Stelle zwischen der Anfangsstufe und den folgenden Stufen, was zu Komplikationen bei der Konstruktion Anlaß gibt. Auch mußte der Durchmesser der Welle am vorderen Lager aus Festigkeitsgründen verstärkt werden, was Probleme aufwirft, wie einengende Bedingungen für die Konstruktion wegen der damit verbundenen Steigerung der Umfangsgeschwindigkeit der Welle.

Die Überwindung dieser Schwierigkeiten wurde offenbar angestrebt bei einem weiteren bekannten Turbokompressor, bei dem mehrere Schaufelräder, die hintereinander in Tandemanordnung auf einer rotierenden Welle befestigt sind, in drei Gruppen unterteilt sind, vom vorderen oder Ansaugende zum hinteren oder Ausstoßende. Die Außendurchmesser der Schaufelräder in jeder Gruppe sind gleich groß, doch nehmen die Außendurchmesser der Schaufelräder der drei Gruppen vom vorderen zum hinteren Ende fortlaufend ab und die spezifische Geschwindigkeit N jedes Schaufelrades ist so dicht wie möglieh dem optimalen Wert angenähert. Während in diesem Fall

die Wirkungsgrade aller Schaufelräder hoch gemacht werden können, da die Außendurchmesser der Schaufelräder der rückwärtigen Gruppen klein sind, sind ihre Umfangsgeschwindigkeiten klein und nimmt die Druckhöhe je Stufe mit dem Quadrat der Umfangsgeschwindigkeit ab.

Dies bedeutet, daß die Druckverhältnisse der Schaufelräder der rückwärtigen Stufen abnehmen und das Kompres-sionsvermögen des Kompressors im ganzen abnimmt. Stattdessen ist es, um das selbe Kompressionsverniögen zu erhalten, erforderlich, die Anzahl der Stufen über die bei den oben beschriebenen bekannten Kompressoren übliche Anzahl hinaus zu vermehren. Da die in einem Schaufelrad erzeugte zentrifugale Beanspruchung ebenfalls mit dem Quadrat der Umfangsgeschwindigkeit abnimmt, wird ferner die zentrifugale Beanspruchung, die den Schaufelräder der rückwärtigen Stufen erteilt wird, viel kleiner gemacht als die zulässige Beanspruchung des Schaufelradmaterials, so daß der Wirkungsgrad der Materialausnutzung beachtlich absinkt,

Wie vorstehend dargelegt, tritt, falls alle Schaufelräder die zentrifugale Bauart aufweisen, eine Senkung des Wirkungsgrades des Kompressors insgesamt ein, und Versuche, um dieses Absinken des Wirkungsgrades zu verhindern, haben unvermeidbar' Probleme aufgeworfen, wie einen verwickelten Aufbau sowie die Notwendigkeit, die Anzahl der Stufen zu erhöhen.

Um hier Abhilfe zu schaffen, sieht die Neuerung einen mehrstufigen Turbokompressor vor, bei dem sämtliche oder die Mehrzahl der Schaufelräder für Diagonalströmung mit Strönxungswinkeln am Ausgang von weniger als 90 Grad ausgebildet sind, wobei die Strömungswinkel von den Schaufelrädern nahe dem Ansaugende des Kompressors zu den Schaufelrädern nahe seinem Ausstoßende zunehmen und so Jedem Schaufelrad eine spezifische Geschwindigkeit von optimalem Wert erteilt wird.

Weitere Merkmale der Neuerung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des neuerungsgemäßen Turbokompressors veranschaulicht ist; hier zeigen

Fig. 1 im Längsschnitt einen Seitenriß des mehrstufigen Turbokompressors der Neuerung

. 2 im Längsschnitt einen Bestandteil des Kompres-

sors der Fig. 1 und |

ti Fig. 3 eine schematische Darstellung der Gasströmung |

in einem Flügel- bzw..Schaufelrad des Kompressors. |

In dem Ausführungsbeispiels der Fig. 1 hat der mehr- ^; stufige Turbokompressor der Neuerung als Hauptbestandteil ein Gehäuse 1 mit Ansaug- und Ausstoßende, eine Welle 2, ;j die drehbar in Lagern 3 gehalten ist, weche an den beiden Enden des Gehäuses 1 befestigt sind, sowie eine Mehrzahl von Flügel- bzw. Schaufelrädern 4, die hintereinander in | Tandemanordnung auf der Welle 2 angebracht sind. Die Strö- · mungswege 7 des Gases zwischen zwei benachbarten Stufen, das heißt zwischen den Ausgängen der jeweils vorhergehenden Stufen und den Eingängen der entsprechenden nachfolgenden Stufen, werden durch Führungsplatten bzw. Leitkörper 5 und ;; 6 gebildet. Das zu komprimierende Gas wird durch einen Ein- | laßstutzen 11 angesaugt, der am Ansaugende des Gehäuses 1 f an dieses angeformt ist, und das verdichtete Gas wird durch \ einen Auslaßstutzen 12 ausgestoßen, der am Ausstoßende des Gehäuses 1 an dieses angeformt ist. ;

Das eine Ende der rotierenden Welle 2 ist durch eine Kupplung 8 mit einem Getriebe 9 für Übersetzung ins Schnelle gekuppelt, das seinerseits mit einer Kraftmaschine 10, etwa einer Turbine , einem Verbrennungsmotor oder einem Elektro-

motorantriebsmäßig gekuppelt ist. Je nach dem Drehzahlverhältnis von Kompressor und Kraftmaschine 10 kann letztere auch unmittelbar, ohne Einschaltung eines Übersetzungsgetriebes 9 mit der Welle 2 gekuppelt sein.

Der vorstehend beschriebene allgemeine Aufbau des mehrstufigen Kompressors der Neuerung . gleicht demjenigen eines herkömmlichen mehrstufigen Kompressors. Jedoch weist die Konstruktion der Schaufelräder 4 erfindungsgemäß bemerkenswerte Unterschiede gegenüber bekannten Konstruktionen auf, die entscheidend zu den Vorteilen der Neuerung beitragen und nachstehend beschrieben sind.

Im Falle der Neuerung sind die meisten Flügel- bzw. Schaufelräder des Turbokompressors von der Bauart für Diagonalströmung auch als Mischströmung bekannt..Ein Schaufelrad für Diagonalströmung bezeichnet allgemein ein solches, das einen großen Gaseingang hat, durch den das zu komprimierende Gas in axialer Richtung strömt, sowie einen Gasausgang, durch den das Gas in diagonaler oder geneigter Richtung zur Achsrichtung; strömt.

Im einzelnen ist in Fig. 3 angenommen, daß eine Meridianebene33 in dem Strömungsweg des Gases durch ein Schaufelrad von seinem Eingang 31 zu seinem Ausgang 32 verläuft, wobei das Schaufelrad um eine Achse Z in Richtung des Pfeils A rotiert. In diesem Fall hat längs einer Stromlinie 34 in der meridianebene die Austrittsgeschwindigkeit C des aus dem Schaufelrad abströmenden Gases nicht nur eine radiale Komponente C und eine tangentiale Komponente C_Q wie bei einem Schaufelrad der zentrifugalen Bauart, sondern auch eine axiale Komponente C_. Wenn demnach der Strömungswinkel am Ausgang 32 des Schaufelrades, das ist der Winkel cL zwischen der Geschwindigkeitskomponente C_m längs der vorerwähnten Strömungslinie und der Achsrichtung Z Null wird, wird das Schaufelrad zu einem solchen der Bauart für Axialströmung, während

der Winkel öv den Wert von 90° annimmt, das Schaufelrad zu einem solchen der zentrifugalen Bauart wird. Aus diesem Grunde hat ein Schaufelrad, das die Eigenheiten einer Diagonalströmung aufweist, in der praktischen Ausführung am Aasgang einen Strömungswinkel in dem Bereich von 20 bis 70°.

Ein derartiges Schaufelrad eignet sich zur Verwendung für Charakteristiken zwischen denjenigen der zentrifugalen Bauart und denjenigen der Bauart mit axialer Strömung, z.B. zur Verwendung in einem Zwischenbereich der spezifischen Geschwindigkeit. Je kleiner der Strömungswinkel dv>- am Ausgang ist, desto größer ist die spezifische Geschwindigkeit N_ und desto höher ist der Wirkungsgrad. Somit kann bei einem Schaufelrad mit diagonaler Strömung eine optimale spezifische Geschwindigkeit erzielt werden, die größer als diejenige eines Schaufelrades der zentrifugalen Bauart von dem gleichen Außendurchmesser ist. Wie sich aus Gleichung (1) ergibt, ist die volumetrische Strömungsmenge Q proportional dem Quadrat der spezifischen Geschwindigkeit N , daher kann ein Schaufelrad für diagonale Strömung, das eine hohe optimale spezifische Geschwindigkeit hat, eine größere Strömungsmenge im Vergleich mit derjenigen eines zentrifugalen Schaufelrades von gleichem Außendurchmesser verarbeiten, nämlich proportional dem Quadrat des Verhältnisses der optimalen spezifischen Geschwindigkeiten N_ der beiden Schaufelradtypen.

Durch Ausnutzung der Charakteristiken dieser Art von Schaufelrädern der diagonalen Bauart ist es möglich, einen mehrstufigen Turbokompressor zu schaffen, bei dem eine Mehrzahl von Schaufelrädern, die im wesentlichen denselben Durchmesser, aber unterschiedliche volumetrische Ansaugströmungsmengen besitzen sowie bei ihren optimalen

spezifischen Geschwindigkeiten arbeiten, auf einer einzigen rotierenden Welle angebracht sind.

Dementsprechend ist bei dem in Fig. 1 dargestellten mehrstufigen Turbokompressor der Neuerung die Mehrzahl der Schaufelräder 4, wie Fig. 2 erkennen läßt, mit demselben Außendurchmesser D ausgestattet und außerdem in drei Schaufelradgruppen I, II und III unterteilt, die je zwei Schaufelräder umfassen, nämlich 41, 411 bzw. 4lII. Das wichtige Kennzeichen dieser Schaufelräder besteht darin, daß der Strömungswinkel«0 am Ausgang der Schaufelräder einer stromaufwärts befindlichen Stufe kleiner als der Winkelet stromabwärts liegenden Stufe ist. Demnach haben die am weitesten stromaufwärts liegenden Schaufelräder 4l der Gruppe I einen kleinen Strömungswinkel <£Ι am Ausgang, die Schaufelräder 411 der Zwischenstufe in der Gruppe II einen größeren Strömungswinkel oOII, und die Schaufelräder 4III der am weitesten stromabwärts gelegenen Stufe der Gruppe III haben einen noch größeren Strömungswinkel Q^III am Ausgang, wobei in diesem Beispiel Schaufelräder der zentrifugalen Bauart vorgesehen sind. Dies bedeutet, daß die Strömungswinkel am Ausgang in folgendem Verhältnis stehen:

< dOII^ OOIII (2)

Aus diesem Grunde werden die optimalen spezifischen Geschwindigkeiten N„ als Schaufelradcharakteristiken fortlaufend kleiner in der Reihenfolge der Gruppen I, II und III.

Ferner kann, selbst mit demselben Strömungswinkel-^ , am Ausgang, die spezifische Geschwindigkeit N_g in einem gewissen Ausmaß innerhalb des Bereichs der optimalen spezifischen Geschwindigkeit verändert werden, indem die Schaufel- ^!f breite des Rades geändert wird. In diesem Sinne ist in dem
vorliegenden Beispiel der Strömungswinkel d* am Ausgang in ; einer Schaufelradgruppe gleich gemacht und nur die Schaufel- \. breite W verändert, um damit die spezifische Geschwindig- ; keit N_e zu verändern. In einzelnen wird die Schaufelbreite
W1 des stromauf gelegenen Schaufelrades 41 der Gruppe I | größer gemacht als die Schaufelbreite W2 des stromab gele- f genen Schaufelrades 4l derselben Gruppe I, wodurch das | stromauf gelegene Schaufelrad eine größere spezifische | Geschwindigkeit als das stromab gelegene Schaufelrad er- 1 hält. In bezug auf die anderen Gruppen II und III besteht i das gleiche Verhältnis zwischen den Schaufelbreiten der ;? Schaufelräder derselben Gruppe. f

Falls die Änderung lediglich der Schaufelbreite
eine Abweichung von dem Bereich optimaler spezifischer Ge-

schwindigkeit hervorruft, ist es auch möglich, nacheinander _;

die Ausgangsströmungswinkel aller Schaufelräder 4 auf der j

einzigen rotierenden Welle 2 zu ändern und so zu bewirken, ϊ

daß die spezifische Geschwindigkeit N_g jedes Schaufelrades f

mit dem Bereich für maximalen Wirkungsgrad zusammenfällt. i

Falls das gewünschte Verdichtungsverhältnis des Kompressors der vorliegenden Ausführungsform z.B. 20 beträgt,
werden die Werte der Ausgangsströmungswinkel cU I, oOII und
cL· III der Schaufelradgruppen I, II und III zweckmäßig eingestellt auf ob I = 30°, CC II = 60° und συ III = 90°, so daß die J spezifische Geschwindigkeit N_p jedes der Schaufelräder 4, |; hier 41, 4ll und 4III, einen optimalen Wert besitzt. B

Bei dem mehrstufigen Kompressor der oben beschrie- ^ benen Ausbildung wird das gasförmige Mittel a, etwa Luft ':$

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oder ein Gas, durch den Einlaßstutzen 11 in die Schaufelradgruppe I der ersten Stufe angesaugt, wo es verdichtet und sein Druck erhöht wird. Das so komprimierte gasförmige Mittel strömt durch den Strömungsweg 7, der von den Leitkörpern 5 und 6 gebildet wird, und wird so der Schaufelradgruppe II der zweiten Stufe zugeführt, wo es weiter verdichtet wird und sein Druck weiter gesteigert wird. Die Steigerung des Gasdrucks wird in dieser Weise wiederholt, bis das Gas unter dem angestrebten Druck aus der Schaufelradgruppe III der Endstufe durch den Auslaßstutzen 12 abgeführt wird.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren der Verdichtung und Druckerhöhung ist der Kompressionswirkungsgrad hoch, da die spezifische Geschwindigkeit N_ jedes der Schaufelräder 4, nämlich 4l, 411 und 4III, innerhalb ihres optimalen Bereichs liegt. Bekanntlich steigt die Temperatur des gasförmigen Mittels a, wenn es verdichtet wird. In manchen Fällen kann es gangbar und wirtschaftlich sein, das Mittel a in einer Kühleinrichtung als Zwischenstufe auf eine geeignete Temperatur zu kühlen, um so den Verdichtungsvorgang einer isothermischen Änderung anzunähern und dadurch den Wirkungsgrad zu erhöhen.

Während die oben beschriebene Ausführungsform den Fall veranschaulicht, bei dem die Mehrzahl der Schaufelräder 4 in drei Gruppen I, II und III unterteilt ist, sind verschiedene andere Unterteilungen und Anordnungen im Rahmen der Neuerung denkbar. Beispielsweise können zwei Gruppen II und III oder vier oder mehr Gruppen verwendet werden. Ferner kann ein Schaufelrad in jeder Gruppe vorgesehen sein.

Somit ergibt sich, daß die vorliegende Neuerung einen mehrstufigen Turbokompressor von hohem Wirkungsgrad und großem Drucksteigerungsvermögen angibt, bei dem die Mehrzahl der Schaufelräder 4 auf der einzigen rotierenden Welle

mit denselben Durchmessern D versehen sind, um so die Größe der in den Schaufelrädern erzeugten Zentrifugalkraft auf das gleiche Niveau einzustellen, wodurch die Ausnutzung des Schaufelradmaterials erhöht wird und zugleich der geforderte Ausstoßdruck des Kompressors mit einer kleineren Anzahl von Schaufelrädern erreicht werden kann.

Ferner kann der Außendurchmesser D der Schaufelräder gemäß Fig. 2 gleich dem Außendurchmesser des Schaufelrads der Endstufe bei einem bekannten mehrstufigen Turbokompressor gemacht werden, der nur Schaufelräder der zentrifugalen Bauart besitzt, wie z.B. einem Turbokompressor mit zentrifugalen Schaufelrädern, deren Außendurchmesser vom Ansaugende zum Ausstoßende fortschreitend abnehmen, wie oben beschrieben, d.h. gleich dem Außendurchmesser des kleinsten Schaufelrades bei einem herkömmlichen Turbokompressor. Aus diesem Grunde kann, zusammen mit der oben erwähnten Herabsetzung der Stufenzahl, eine Verringerung der Größe sowie des Gewichts des Kompressors erzielt werden. Zusätzlich werden, da alle Schaufelräder von der Bauart mit einziger bzw. einfacher Ansaugung sein können, Probleme und Schwierigkeiten vermieden werden, wie sie in Verbindung mit Schaufelrädern mit doppelter Ansaugung auftreten.

Ein weiterer Vorteil des Turbokompressors der Neuerung besteht darin, daß, da die rotierende Welle kein freitragendes Ende besitzt, eine Verstärkung des Wellendurchmessers aus Gründen der Festigkeit entfällt. Von Vorteil ist ferner, daß, da der Biegungswinkel der Stromlinien in der Meridianebene vom Eingang zum Ausgang eines Schaufelrades mit DiagonalStrömung kleiner als der 90°-Winkel der Schaufelräder der zentrifugalen Bauart ist, der Verlust infolge Umbiegens der Strömungsrichtung kleiner und der flüssigkeitsmechanische Wirkungsgrad hoch ist. Da außerdem die spezifische Geschwindigkeit N₀ jedes Schaufelrades so gewählt werden kann, daß sie in Einklang mit der angesaugten volumetrisehen Strömungsmenge Q einen optimalen Wert

besitzt, wird der Wirkungsgrad der Verdichtung weiter verbessert.

Neu/Gu

Claims

Dr>iDi. Willifijm.jjcuoh^i ';;: 9339 Dipl-W'V7i.il· ;oao EiMaI 6 Flank;url a. M, 1 Farkstraik» 13 KAWASAKI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA, Kobe-Shi, Japan Schutzansprüche

1. Mehrstufiger Turbokompressor» In dessen mit Saug« und Druckstutzen an den Enden versehenem Gehäuse eine Welle

,, , drehbar gelagert 1st, auf der mehrere Schaufelräder In Tandemanordnung hintereinander fest angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, :· daß wenigstens einige der Schaufelräder (4) für diagonale Strömung mit Strömungswinkeln (Φ ) am Ausgang von weniger als 90° ausgebildet sind und, bei Unterteilung der Schaufelräder in mehrere hintereinander angeordnete Gruppen (I, II, j III), die wenigstens je ein Schaufelrad umfassen, der

Strömungswinkel ( cL/ ) am Ausgang eines Schaufelrades in ! einer näher dem Saugende (11) des Gehäuses (1) befindlichen . Gruppe kleiner als der Strömungswinkel ( oO ) am Ausgang eines Schaufelrades in einer weiter entfernt vom Saugende des Gehäuses befindlichen Gruppe ist, derart, daß die spezifische Geschwindigkeit bzw. Drehzahl jedes Schaufelrades einen optimalen Wert besitzt.

2. Mehrstufiger Turbokompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelräder denselben Außendurchmesser (D) besitzen·

3. Mehrstufiger Turbokompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Jede der Gruppen (I, II, III) mehrere Schaufelräder (4) mit demselben Strömungswinkel ( <J^ ) am Ausgang aufweist.

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4. Mehrstufiger Turbokompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelräder (4) Schaufeln mit von Schaufelrad zu Schaufelrad verschiedener Breite (W1, W2 ...) aufweisen, derart, daß in Verbindung mit den Unterschieden in den Strömungswinkeln (oC ) am Ausgang der Schaufelräder die spezifische Geschwindigkeit jedes Schaufelrades einen optimalen Wert besitzt.

5. Mehrstufiger Turbokompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungswinkel (c^ ) am Ausgang der Schaufelräder

(4) in dem Bereich von 20 bis 90° liegen.