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Diffusor für Turboverdichter zur Umsetzung von Uberschallgeschwindigkeit
in Druck Bekanntlich muß ein Diffusor, der Überschallgeschwindigkeit in Druck umsetzen
soll, so geformt sein, daß seinQuerschnitt in derStrömungsrichtung zunächst abnimmt,
einen kleinsten Wert erreicht und dann wieder zunimmt. Hierbei ist die Strömungsgeschwindigkeit
im kleinsten Querschnitt gleich .der örtlichen Schallgeschwindigkeit. Außer der
Umsetzung der Geschwindigkeit in Druck müssen nun Diffusoren von Turboverdichtern
meistens im besonderen auch eine Verminderung der Umfangskomponente der Geschwindigkeit
herbeiführen. Si.e sind zu diesem Zweck meistens in bekannter Weise beschaufelt
und dadurch in einzelne Kanäle unterteilt. Zur Umsetzung von überschall.geschwindigkeit
in Druck muß jeder einzelne Kanal eines solchen Diffusors so geformt sein, daß sein
Querschnitt in der Strömungsrichtung zunächst abnimmt, einen kleinsten Wert erreicht
und dann wieder zunimmt. Die Verengung im ersten Tea kann beispielsweise bei einem
Diffusor für einen Axialverdichter in bekannter Weise entweder dur._h eine Änderung
der Leitschaufelkrümmung erreicht werden oder dadurch, daß die radiale Höhe des
Kanals am Kanalanfang größer i,st als an der engsten Stelle, oder dadurch, daß die
Schaufeln an der engsten Stelle dicker sind als am Kanalanfang.
Die
Erweiterung im zweiten Teil ,geschieht sodann durch Umkehrung der vorbeschriebenen
Maßnahmen.
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Die besonderen Eigenschaften der Überschallströmungen bringen es jedoch
mit sich, daß ein Querschnittverlauf der vorbeschriebenen Art für sich allein noch
nicht genügt, um eine verlustarme Umsetzung vonÜberschallgeschwindigkeit in Druck
zu erreichen. Deshalb sind die an sich bewährten Schaufel- und Kanalformen, die
lediglich diesen bekannten Querschnittverlauf aufweisen, zu einer verlustarmen Umsetzung
von überschallgeschwirtdi,gkeit in Druck nicht geeignet.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein in einzelne Kanäle aufgeteilter
Diffusor für Turboverdichter, in -welchem eine verlustarme Umsetzung von überschallgeschwindigkeit
in Druck dadurch erzielt wird, @daß nicht nur der Querschnitt der Kanäle in bekannter
Weise in der Strömungsrichtung zunächst abnimmt, einen kleinsten Wert erreicht und
dann wieder zunimmt, sondern außerdem erfindungsgemäß .die Wände jedes Kanals bis
kurz vor oder bis zu dem Querschnitt, in dem die örtliche Schallgeschwindigkeit
erreicht wird, so gestaltet sind, daß ein .beliebiger Längsschnitt durch die Achse
des Kanals die begrenzenden Kanalwände in geraden Linien schneidet. Als Achse des
Kanals -wird die Verbindungslinie der Schwerpunkte der Kanalquerschnittflächenrechtwin'klig
zu den Kanalwänden verstanden. Wenn 'beliebige Längsschnitte durch -die Achse des
Kanals die Kanalwände in geraden Linien sehnenden sollen, muß die Achse ebenfalls
eine geradeLinie sein. DieKanalwände können sowohl Ebenen als auchAusschnitte aus
Kegel- oder Zylindermantelflächen sein.
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Die Abb. i bi's .4 zeigen als Ausführungsbeispiel einen gemäß,derErfindung
durchgebildetenDiffusor eines Axialtur!boverdichters.
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Abb. i ist eine axial gesehene Ansicht der Stirnfläche des Kranzes
der einzelnen Kanäle des Diffusors; Abb. 2 zeigt den Querschnitt durch einen Kanal
nach der Linie II-II in -der Abb. 3 ; Abb. 3 zeigt einen abgewickelten Zylinderschnitt
nach,der Linie III-III in der Abb. i und Abb. q. einen Längsschnitt durch einen
Kanal nach der Linie IV-IV in.der Abb. 3.
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Die Wandungen der Kanäle bis zum Querschnitt b-b bestehen bei dem
gezeichneten Ausführungsbeispiel aus vier Ebenen. Die inneren Seitenwände der Kanäle
sind an der in der Abb. i ersichtlichen Stirnfläche des Diffusors gleich hoch. Dadurch
ergibt sich in einem Querschnitt senkrecht zur Kanalachse, z. B. in einem Querschnitt
nach ,der Linie II-II, die- aus der Abb. 2 ersichtliche Querschnittsform. Die Umsetzung
von Geschwindigkeit in -Druck soll im Querschnitt a-a beginnen, -welcher daher auch
als Anfang des Diffusorkanals angesehen wird. Im Querschnitt c-c wird die engste
Stelle des Kanals erreicht. Um dort eine Verluste !bringende Ecke zu vermeiden,
sind :die Kanalwände nur bis zum Querschnitt b-b, also bis kurz vor .der engsten
Stelle, ebenflächig, während der Übergang zum erweiterten Teil des Kanals gut abgerundet
ist.
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Es hat sich gezeigt, daß Diffusorkanäle der beschriebenen Form zu
einer verlustarmen Druckumsetzung von Überschallgeschwindigkeit besonders gut geeignet
sind. Dies dürfte dadurch zu erklären sein, daß bim ersten Teil jedes Kanals, in
ivelchemÜberschallgeschwindigkeitherrscht, Krümmungen der Kanalwände vermieden sind
und dadurch die Neigung zur Bildung von Verdichtungsstößen wesentlich vermindert
wird. Das Auftreten von Verdichtungsstößen ist aber die Hauptursache für :den schlechten
Wirkungsgrad von Diffusoren .für Überschallgeschwindigkeit. Die Richtungsänderung
der Strömung geschieht bei dem Diffusor -gemäß der Erfindung erst im zweiten Teil
jedes Kanals, in welchem Unterschallgeschwindigkeit herrscht und sich eine Krümmung
der Kanalwände nicht so nachteilig auswirkt.
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Der nur dreiseitig umschlossene Raum jedes Kanals vor dem Querschnitt
a-a kann ebenfalls so geformt sein, daß beliebige Längsschnitte durch die 'Verlängerung
der Kanalachse die Wände in geraden Linien schneiden, wie dies in dem gezeichneten
Ausführungsbeispiel (Abb. i bis q.) der Fall ist. Die Wände dieses Raumes können
aber auch leicht gewölbt sein, um ein besseres Auffangen der Strömung zu erreichen.
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Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf Turboverdichter
axialer Bauart beschränkt, sondern grundsätzlich bei allen Turboverdichtern möglich,
in denen die absolute Austrittsgeschwindigkeit aus dem Laufrad die Schallgeschwindigkeit
überschreitet.