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Zentrifugalfördermaschine Die Erfindung betrifft Zentrifugalfördermaschinen,
wie Verdichter und Pumpen, und bezweckt eine weitgehende Vergrößerung der Förderleistung
solcher Maschinen.
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Es soll hier darauf hingewiesen werden; daß, obschon die Erfindung
nachfolgend im Zusammenhang mit der Verdichtung von Luft beschrieben wird, sie auch
für andere Stoffe verwendet werden kann.
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Es sind schon früher eine Reihe von Vorschlägen betreffend Zentrifugalverdichter
bekanntgeworden. Bei einem Verdichter mit beidseitigem Luftzutritt, dessen radial
angeordnete Laufschaufeln bis zum axialen Eintritt ins Laufrad verlängert sind,
ist vorgeschlagen worden, dem axial zuströmenden Luftstrom ini@ttels@ ortsfester
Eintrittleitschaufeln eine Drallbewegung zu erteilen, und zwar so, daß, unter Berücksichtigung
der mit dem Radius zunehmenden Umfangsgeschwindigkeit am Eintritt ins Laufrad, die
Drallkomponente proportional mit dem Radius wächst. AndereVo.rschläge bezweckten,
eine radial einwärts gerichtete (zentripetale) Strömung in Spiralform überzuführen,
wozu rotierende Schaufeln vorgesehen waren, die als Verlängerungen der Zentrifugalschaufeln
dienten. In Verbbindung mit solch einem Vorschlag der letzteren Art wurde die Verwendung
solcher Verlängerungen selbst als rotierende Schaufeln unberücksichtigt
Z>-elassen
oder übergangen, ebenso wie die Verwendung rotierender
Schaufeln mit radial variierendem Einströmwinkel. Die Tatsache, daß die ortsfesten
Schaufeln einen Drall hervorrufen müssen, derart, daß sich die Drallkomponente umgekehrt
proportional zum Radius ändert, und daß daher die Lei tschaufeln an ihrem Eintritt
dieser Änderung angepaßt sein müssen, ebenso wie der Vergrößerung der Umfangsgeschwindigkeit
proportional zum Radius, scheint somit .in solch früheren Vorschlägen unbeachtet
geblieben zu sein.
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Die erfindungsgemäße Zentrifugalfördermaschine ,mit wenigstens einseitig
angeordnetem Eintritt-Leitkanal, .in dem die Luft bzw. der Stoff anfänglich radial
und dann axial strömt, ist dadurch aus-.gezeichnet, daß an letzterem ortsfeste Eintrittleitschaufeln
solcher Bauart angeordnet sind, daß dem einströmenden Stoff eine Drallbewegung im
Umlaufsinn,des Laufrades erteilt wird, wobei sich die Geschwindigkeit -dieser Bewegung
:in. der Eintrittsebene zumLäufer umgekehrt proportional zum Radialabstand von der
Maschinenachse ändert, und daß der Läufer Laufschaufeln. aufweist, :deren Vorderkanten
an :den Fuß- oder Wurzelenden gegenüber einer Axialebene die kleinste Neigung und
mit wachsendem Radialabstan.d einen fortschreitend wachsenden Neigungswinkel aufweisen,
.so, daß das Medium bei den. der Konstruktion zugrunde gelegten: Betriebsbedingungen
stoßfrei in die Laufschaufeln eintritt.
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Die Erfindung ist .hauptsächlich bei Verdichtern mit beidseitigem
Lufteintritt anwendbar, bei denen die Lufteintritte in Form eines ringförmigen,
zur Drehachse des Verdichters gleichacheigen und zur Laufradrotationsebene symmetrischen
Einlaufkanals angeordnet sind.
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In Fällen, wo :der Eintrittsteil der Laufschaufeln durch Abbiegen,
derselben aus der Axialebene gebildet wird, kann es sich aus Gründen der Spannungsverteilung
und der Fabrikation als notwendig erweisen, die Schaufeln an ihrer Wurzel oder Fußenden
nicht abzubiegen. Sie können dann an ihren Wurzeln, d. h. auf dem kleinsten Radius,
axial verlaufen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, angewendet
bei einem Zentrifugalluftverdichter mit beidseitigem Luftzutritt, dargestellt, und
zwar zeigt Fig. i einen Axial:sdhnitt durch ein: solches Laufrad mit den Lufteinlaß',kanälen
und Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie A-B von Fiä. i mit typischen Leitschaufeln.
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Das Laufrad i besitzt Radialschaufeln 2 beidseitig der Trennscheibe
3 in seiner Symmetrie- und Rotationsebene. Das Laufrad rotiert in einem G..-häuse
mit gegen die Achse zunächst kon ii:sch auseinanderl.aufenden und :dann axial abgebogenen
Wandungen 4 bzw. 4A. Die Schaufeln 2 weisen ein Stück mit ihnen :bildenden, axial
verlaufenden Verlängerungen 2A auf, die die Eintrittsteile der Schaufeln :darstellen
und :so gekrümmt sind, daß die einströmende Luft axial beschleunigt wird, d. h.
sie besitzen, bezogen auf eine einen. mit dem Radius wachsenden Neigungswinkel.
DieLufteinlässe des Verdichters weisen durch Wandungen5, 6 :gebildete Kanäle auf,
die dem ortsfesten Gehäuse angehören, wobei die Wandungen .5 ausgesteifte Verlängerungen
der Wandteile 4A darstell-en. Die Wandungen 6 können Teile der das Laufrad i abstützenden
Träger oder mit diesen fest verbunden sein.
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In den so gebildeten ringförmigen Luftkanälen der Einlässe :sind mehrere
ringförmige Umlenkflächen 7 untergebracht, die zwecks Erleichterung des Einbaus
rin Umfangsrichtung unterteilt sein können und die in die unterteilten Kanäle radial
einströmende Luft in :die axiale Richtung überführen. Diese Ringe 7 sind mittels
an ihren Eintrittskanten vorgesehener Einschnitte 7A (Fig. 2) auf an ihren Innenrandkanten
entsprechende Einschnitte aufweisenden ortsfesten Eintrittsleitschaufeln 8 abgestützt.
Letztere :sind mittels Niete od.,dgl., die durch an den Außen- und Innenrändern
der Leitschaufeln angebrachte,Ansätze 8A hindurchgeführt sind, mit den Wandungen
5 und 6 fest verbunden. Die Leitschaufeln 8, die gegenseitig einen Abstand von etwa
25 mm aufweisen, stützen somit die ringförmigen Umlenkflächen 7, von denen auf jeder
Eintrittsseite drei vorgesehen sind, genügend mittels der genannten Einschnitte.
Die Eintrittskanten: der Schaufeln 8 liegen .in einer Axialebene (s. Fig. 2), und
ihre Austrittskanten schließen mit der an einen um die Laufradachse geschlagenen
Kreis gelegten Tangente einen Winkel von z. B. 42° ein. Zwischen diesen genannten,
Kanten stind die Schaufeln 8 kreisbogenförmig gekrümmt, und die Kanten verlaufen
parallel zur Laufradachse, wie aus Fig. i ersichtlich. Die Schaufeln auf beiden
Eintrittsseiten sind in :derselben Richtung gekrümmt, und zwar vorwärts, d. h. in
der Umlaufrichtung des Laufrades (Pfeil in Fig. 2).
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Die in den Verdichter radial eintretende Luft wird durch die Schaufeln
8 abgelenkt und verläßt letztere miit einer Drallkomponente, deren Richtung mit
der Drehrichtung :des Läufers übereinstimmt, um die durch die Wandungen 5, 6 und-
die Ringe 7 gebildetenKanäle zu durchfließen. In letzteren wird der Luft eine Axialkomponente
erteilt, so daß sie sich schraubenlinienförmig gegen die Axialverlä:ngerungen 2A
der radialen Läuferschaufeln :2 vorwärts bewegt.
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Die Formgebung der Schaufeln 8, d. h. deren Sehnenlänge und. Krümmung,
ist so festgelegt, daß die Drallkomponente der Luftgeschwi.ndigke.it umgekehrt proportional
zum Radius ist. Die Eintrittskanten 2B, Verlängerungen 2A der Laufschaufeln 2, sind
unter einem solchen Winkel angesetzt, daß die Luft bei den der Konstruktion zugrunde
gelegten
Betriebsbedingungen und im Hinblick auf :die in der Strömung vor
ihrem Auftreffen auf die Kanten 2B herrschende Drallbewegung, auf allen ,Radien
stoßfrei eintritt. Im beschriebenen Fall, wo die Eintrittsteile 2A durch Abbiegen
der axialen Verlängerungen der radialen Laufschaufeln :2 gebildet sind und wo es
aus Gründen der Spannungsverteilung notwendig ist, den Wurzelteil 2C der Eintrittsteile
2A
nicht abzubiegen, ist der durch die ortsfesten Leitschaufeln 8 hervorgerufene Drall
von solcher Größe, daß die Drallkomponente an der Wurzel der Schaufel gleich oder
nur wenig verschieden von derUmfangsgeschwindigkeit an dieser Stelle ist. Die Relativgeschwindigkeit
an der Wurzel der Schaufel ist dann praktisch axial gerichtet, und die Bedingung
des stoßfreien Eintritts in die Laufschaufelverlängerungen 2A ist sogar an den Wurzeln
erfüllt, wo die Schaufeln keine Neigung aufweisen, gleich wie auf allen anderen
Radien.
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Man ist zur Annahme berechtigt, daß ein mit der beschriebenen Einrichtung
versehener Verdichter mit beidseitigem Luftzutritt einen Wert von
aufweisen könnte für ein Druckverhältnis von etwa 2,5, und= 0,4 für ein solches
von etwa 5,o, wobei 0 das Schluckvermögen von Luft in Kubikmeter pro Sekunde, N
die se'kundlicbe Umlaufzeit und D der Imp°Iler-durchmesser in Meter ist. Diese Werte
werden auf etwa 6o°/omehr geschätzt als die beim Fehlen der erfindungsgemäßen Einrichtung,
ohne in Kompressbil.itätsschwierigkei.ten am Eintritt zu geraten, erzielbaren Werte.
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Der gewünschten Bedingung, daß sich die Dnallkomponente umgekehrt
proportional zum Radius verändert, kann auch durch die Verwendung von Schaufeln
genügt werden, die den Schaufeln ,8 ähnlich, aber mit ihren Kanten geneigt zur Laufradachse
angeordnet sind, wenn solche Schaufeln mit einer Verdrehung verseben werden, d.
h. mit über die Schaufellänge veränderlichen Ei.nfallwinkeln. Indem wir uns aber
des Mittels bedienen, die Schaufelkanten parallel zur Laufradachse anzuordnen und
die Strömung -in den Luftkanälen allgemein aus einer zentripetalen in die axiale
Richtung überzuführen, können die Schaufeln über ihre freitragendeLänge mit konstantemO,uerschnitt
versehen sein, was natürlich praktisch ein großer Vorteil darstellt. Aus diesem
Grunde wird die beschriebene Formgebung für die ortsfesten Eintrittleitschaufeln
bevorzugt, aber es können auch andere Formen in Betracht kommen.