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Axialverdichter Die Erfindung betrifft ciiieii elxialverdichter und
befaßt sich finit der Regelung desselben. Der Axialverdic'hter steht bisher mit
Recht in dem Ruf, ein besonders ungünstiges Regelverhalten z>q besitzen. Die einfachsten
bekannten Verfahren zum Verringern der Luftmenge bei sonst unveränderten lietriehsverli:iltnissen
sind das Drosseln und das Umführen. @-@'enti inan den überflüssigen Teil des Fördervolumens
unter Umgehung des Gebläses aus der Druck- in die Saugleitung zurückströmen läßt,
so kann die Maschine nahezu unter normalen Betriebsverhältnissen trotz der verringerten
Liefermenge weiterarbeiten. Dies ist zwar vom Standpunkt der Betriebssicherheit
aus als günstig zu bezeichnen, hat jedoch den Nachteil, daß trotz geringeter Nutzleistung
die aufzuwendende Leistung unverändert bleibt. Das Drosseln ist ebenfalls kein vorteilhaftes
Regelungsverfahren; denn erstens ist der Regelbereich infolge der Eigenart der Kennlinien
sehr begrenzt, und zweitens ist auch hier eine Leistungsersparnis kaum vorfanden,
ja es kann sogar der Leistungsbedarf trotz verminderter Nutzleistung zunehmen. Auch
dieser Nachteil hängt mit der Charakteristik des Axialverdichters zusammen. 1:r
ist bei Radialverdichtern nicht im gleichen Maße vorhanden. Zu diesen beiden Regelungsarten
gehören auch die Verkleinerung des Durehfiußquerschnittes unmittelbar an den Laufrädern
mit Hilfe von Irisblenden, wie sie bei Raumlüftern üblich ist, sowie die Absaugung
zurückgeförderter Luirt in den
hinteren Stufen eines vielstufigen
Axialverdiohters bereits innerhalb der Beschaufelung derart, daß der Effekt der
Spaltabsaugung entsteht.
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Während die beiden soeben genannten Verfahren mit erheblichen Verlusten
verbunden sind, braucht dies nicht der Fall zu sein, wenn man die Drehzahl dem Luftbedarf
anpaßt, was jedoch nicht bei jedem Antrieb möglich ist. Bei Regelung der Drehzahl
ändert sich nicht nur die Menge, sondern auch nach bekanntem Gesetz sehr stark der
Lieferdruck, wenn der Wirkungsgrad ein Optimum bleiben soll. Diese Gesetzmäßigkeit
kann erwünscht sein; in den meisten Fällen braucht man jedoch einen unabhängig von
der Menge konstanten Lieferdruck, und dann verliert auch diese sonst so ideal erscheinende
Regelungsart ihren Wert. Die zuerst von K a p 1 a n bei Wasserturbinen angewandte
Schaufelverdrehung unterliegt fast der gleichen Gesetzmäßigkeit, d. h. auch hier
ist zwangsläufig eine flache Stellung der Laufschaufeln nicht nur mit einer kleineren
Menge, sondern auch mit einer kleineren Förderhöhe verknüpft. Außerdem sind die
mechanischen Schwierigkeiten bei verdrehbaren Laufschaufeln für die hier erforderlichen
hohen Umfangsgeschwindigkeiten sdhr groß und das Verdrehen der Leitschaufeln allein
ist nicht genügend wirkungsvoll. Schließlich beeinträchtigt die bei verdrehbaren
Schaufeln notwendige kugelförmige Begrenzung des Strömungsweges an Nabe und Gehäuse
infolge des unstetigen Strömungsverlaufes auch den Wirkungsgrad.
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Zur Vermeidung der Nachteile der genannten, im Verdichterbau bisher
üblichen Regelungsarten wird nach der Erfindung die Regelung des Axialverdichters
durch Abdecken einzelner Schaufelkanäle vorgenommen, derart, daß eine partielle
Beaufscdhlagung des Rades entsteht. Diese Regelung ist an sich bei Dampfturbinen
bekannt und bestens bewährt. Die teilweise Abdeckung ermöglicht es, die Fördermenge
zu verkleinern und dabei die Leistung etwas zu senken, obgleich die Förderhöhe nicht
abnimmt. Diese Leistungsersparnis ist jedoch infolge Wirkungsgradverschlechterung
noch verhältnismäßig gering. Die Strömungsverhältnisse sind bei teilweiser Abdeckung
der Besehaufelung für den umlaufenden und für den feststehenden Teil der Beschaufelung
verschieden. Von den feststehenden Schaufelkanälen ist ein gewisser, je nach Regelstellung
verschieden großer Anteil abgedeckt, während der Rest gleichmäßig durchströmt wird.
Die innlaufenden Kanäle hingegen werden ungleichmäßig durchströmt; es tritt beim
Vorbeigang vor der Abdeckung eine Verzögerung, vor dien offenen Leitkanälen jedoch
eine Beschleunigung ein,. Dieser Wechsel ist ungünstig, denn kaum hat sich die Strömung
im Laufkanal ausgebildet, da wird; sie schon wieder unterbrochen. Eine einwandfreie
Strömung durch das Laufrad ist ,aber für den gewünschten Effekt der Verdichtung
besonders wichtig, da bei dien meistens angewandten Besdhaufelungen der Druckanstieg
zum größten Teil, u. a. sogar restlos, im Laufrad erfolgt. Da im Leitrad also kaum
ein Druckanstieg entsteht, ist hier die Strömung weniger gegen Ungleichmäßigkeiten
empfindlich. Deshalb ist es günstiger, wenn man nicht eine stillstehende, sondern
eine mit der Drehzahl des Laufrades umlaufende Abdeckung vorsieht. Obgleich eine
solche umlaufende Abdeckung, die im Betrieb verstellbar ist, nur schwer zu verwirklichen
ist, kann eine solche Bauart doch Bedeutung haben, insbesondere bei einstufigen
Verdichtern, und zwar dann, wenn eine Verstellbarkeit nicht im Betrieb, sondern
nur in größeren Zeitabständen bei Stillstand gefordert wird. Unter Umständen ist
sogar eine partielle Abdeckung ohne jede Regelmöglichkeit vorteilhaft, nämlich dann,
wenn sich ohne diese Maßnahme zu kleine Schaufellängen ergeben würden, die sich
ungünstig auf den Wirkungsgrad auswirken.
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Damit nun die stoßweise wechselnde Durchströmung auch bei feststehender
Abdeckung nur in solchen Schaufelkanälen erfolgt, in denen kein Druckanstieg vorhanden
ist, arbeitet in Weiterausbildung der Erfindung die feststehende Abdeckung mit einer
Beschaufelung zusammen, bei der die Rolle von Lauf- und Leitschauteln in strömungstechnischer
Beziehung gegenüber dem bisher üblichen miteinander vertauscht ist. Eine derartige
Beschaufelung ist Gegenstand des Patentes 855 891-Sie ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Laufschaufeln annähernd senkrecht zur Umfangsrichtung und die Leitschaufeln
schräg dazu gestellt sind, so daß eine Gleichdruckwirkung erzielt wird. Die Leitschaufeln
weisen tragflügelartige Form auf, während die Laufschaufeln aus einfachen Blechen
hergestellt sind. Zur Erzeugung einer `hohen Umfangskomponente der Absolutgeschwindigkeit
ist ein Lauf- und Leitrad vorgeschaltet, bei dem in bekannter Weise die Laufschaufeln
tragflügelartig profiliert und die Leitschaufeln aus einfachen Blechen hergestellt
sind. Diese Kombination der Schaufelkanalabdeckung mit der Verlegung der Druckerhöhung
und die Leitradbeschaufelung ergeben eine außerordentlich günstige Regelung des
Axialverdichters und beseitigen damit für diesen einen Nachteil, der seine praktische
Anwendbarkeit in weiten Gebieten der Technik bisher ausschloß. Weitere Einzelheiten
der Erfindung sind an Hand des nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels näher
erläutert.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Axialverdichters
nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen Längsschnitt durch den
Verdichter, Abb. 2 einen Querschnitt nach der Linie 11-II in Abb. i in verkleinertem
Maßstab, Abb. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in Abb. i in verkleinertem
Maßstab, wobei die rechte Hälfte die Laufschaufeln und die linke Hälfte die Leitschaufeln
zeigt, Abb.4 eine Ansicht eines Abdeckbleehes von vorn in vergrößertem Maßstab,
Abb. 5 einen Schnitt durch ein Abdeckblech nach der Linie V-V in Abb. 4, Abb. 6
eine Ansicht des Abdeckbleches in Richtung des Pfeiles A.
Bei dem
in der Abb. i dargestellten sechsstufigen Verdichter sind die Laufräder i auf der
Welle 2 angeordnet. Die Leitschaufeln 3 sind an feststehenden Ringen 4 befestigt.
Diese Ringe 4 sind in Längsrichtung gegegeneinander gespannt und durch einen Keil
6 (s. Abb.3) gegen Verdrehen gesichert. Außerdem sind sie mit radial gerichteten
geraden Nuten versehen, in denen die Abdeckbleche 7 durch einen besonderen Falz
8 geführt sind. Die Anzahl der Abdeckbleche 7 und der geraden Nuten ist gleich der
Zahl der Leitschaufeln, so daß jeweils ein Leitkanal durch ein Blech abgedeckt wird.
Zwischen den festen Ringen 4 befinden sich die verdrehbaren, außen mit einem Zahnkranz
versehenen Ringe 9. In den Ringen ist seitlich eine kurvenförmige Nut io angeordnet,
in die ein am Abdeckblech 7 befindlicher Zapfen i i eingreift. Je nach der Winkelstellung
der Ringe 9 befindet sich der Zapfen i i außen oder innen und der Kanal ist frei
oder abgedeckt. Das Verdrehen der Ringe 9 geschieht über eine mit Ritzeln 12 versehene,
von außen betätigte Spindel 13. Die Winkelstellung der Einzelteile des Verstellmechanismus
in den hintereinanderliegenden Stufen ist so gewählt, daB die gleichzeitig geöffneten
Leitkanäle sich dem Weg eines Luftteilchens durch den Verdichter anpassen. Sie bilden
also eine Wendel.