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Vielstufiger Axialverdichter In den; bisher bekanntgewordenen vielstufigen
Axialverdichtern wird üblicherweise; die Strömungsenergie des zu verdichtenden Mittels
am Austrittsende des Verdichters in Druck umgesetzt, wobei für die Umsetzung der
Umfangskomponente der Strömungsgeschwindigkeit Umlenksch.aufeln vorgesehen werden
und für die Umsetzung ihrer Axialkomponente ein Diffusor verwendet wird. Diese Lösung
hat den Nachteil, daß der Diffusor mit schlechtem Wirkungsgrad arbeitet, wenn nicht
in axialer Richtung sehr viel Raum beansprucht werden; kann.
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Demgegenüber wird nun vorgeschlagen, die Strömungsenergie des zu verdichtenden
Mittels, anstatt sie in Druck umzusetzen, dem Läufer des Verdichters als mechanische
Energie zuzuführen. Die Umsetzung der kinetischen Energie in mechanische Energie
zum Zweck der Herabsetzung der Axialgeschwindigkeit erfolgt in einer oder mehreren
Laufschaufelreihen bei gleichbleibendem oder wachsendem Druck des zu verdichtenden
Mittels, Diese Umsetzung kann entweder ganz am Austrittsen-de des Axialverdichters
oder teilweise am Austrittsende und überdies an einer otder mehreren: Stellen zwischen
den Verdichterstufen erfolgen. In allen Fällen kann infolge Wegfallens des Diffasoms
der Axialverdichter kürzer gebaut werden, und es treten bei großer Herabsetzung
der Strömungsgeschwindigkeit kleinere Verluste ein. Überdies kann ,durch Herabsetzen
der Axiailgeschwindigkeit des zu verdichtenden Mittels an mindestens einer Stelle
zwischen den Verdichterstufen der Stufenwirkungsgrad der nachfolgenden Stufen. verbessert
werden.
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Die Erfindung betrifft somit einen vielstufigen Axialverdichter und
ist gekennzeichnet durch mindestens eine einer Mehrzahl von Verdichterstufen nachgeschaltete
Laufschaufelreihe, die zwecks Rückgewinnurig
der Strömungsenergie
des zu verdichtenden Mittels bei mindestens nicht sinkenden Druck deisselben als
Turbinenreihe arbeitet.
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Die Zeichnung zeigt in den Fig. i und 2 schematisch Ausführungsbeispiele
von. erfindungsgemäßen Axialverdichtern, während die jeweils zugehörigen Fig. 3
und 4 bzw. 5 und 6 die Schaufelformen und Strömungsgeschwindigkeiten einiger im
Zusammenhang mit der Erfindung interessierender Schaufelreihen .,dieser Verdichter
veranschaulichen.
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In Fig. i ist ein Axialverdichter vereinfacht dargestellt, bei welchem
die Strömungsenergie des: zu verdichtenden Mittels in drei am Verdichteraustiitt
angeordneten Laufschaufelreihen zurückgewonnen wird. Der Läufer i trägt die Laufschaufelreihem,
von dienen .einige" mit 2 bezeichnet sind. Im GehäUse 3 sind, die Leitschaufelreihen,
beispielsweise die Reihen q., befestigt. Besonders bezeichnet sind die am Austrittsende
:des Verdichters angeordneten Schaufelreihen, wobei mit ra die, letzte Verdichterreihe,
im vorliegenden Beispiel eine Leitreihe, und mit b, c und d die erfindungsgemäß
vorzusehenden Turb:inenlanfreihen bezeichnet sind. Das zu verdichtende Mittel tritt
bei 5 in den Verdichter ein und ver'läßt ihn bei 6.
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Die Fig. 2 zeigt,in gleicher Weise einen. Axialverdichter, bei welchem
die Strömungsenergie zwischen beliebigen: Verdichterreihen und überdies auch noch
am Austrittsende zurückgewonnen: wird. Die Bezugszeichen i bis 6 sind in gleicher
Weise verwendet wie in Fig. i, hingegen bedeutet g die letzte Verd'ichterlaufreihe
vor den beiden Turbinenlauf reihen h und i und k .die erste Verdichterreihe,
hier beispielsweise eine Laufreihe, nach diesen Turbinenreihen. Zwei weitere am
Austrittsende des Verdichters angeordnete Turbinenlaufreihen sind nicht besonders
bezeichnet.
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Die zu Fig. i gehörende Pig. 3 zeigt in zylindrischem Schnitt :durch
einige Schaufeln der Reihen a., b, c und d die Formen dieser Schaufeln;
bei den. Laufreihen, b, c, d ist die Umfangsgeschwindigkeit durch die mit
u bezeichneten. Pfeile angedeutet. Die weiterhin zugehörige Fig. 4 zeigt in vektorieller
Darstellung die; den in Fig. 3 gezeigtem; Schaufelformen entsprechenden Strömungsgeschwindigkeiten.
Das zu verdichtende Mittel tritt mit der- Geschwindigkeit cia in die letzte
Verdichterleitreihe ein und verUßt diese mit der Austrittsgeschwindigkeit c2 a.
In den nachfolgenden Turbinenlaufreiihen b, c und d werden die Eintrittsgeschwindigkeiten
wib und w" und wld jeweils in die Austrittsgeschwindigkeit w2 b, w2, und w2,1 umgelenkt;
diese Umlenkung soll erfolgen, ohne daß der Druck des zu verdichtenden Mittels abfällt.
Die absolute Austrittsgeschwindigkeit desselben; aus der letzten Turbi:nenlaufreihe
d erhält man durch vektorielle Addition von w2d und u; sie ist im entsprechenden,
zur Reihe d gehörenden Geschwindigkeitsdreieck mit c bezeichnet. Die Differenz zwischen
c2, und c kann als die Größe der Energüerückgmvinnung betrachtet werden.
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Die Strömungsverhältnisse der Reihen g, h, i, k der Fig. 2
werden, in idon zugehörigen Fig. 5 und 6 verdeutlicht. In die Verdichterlaufreihe
g tritt das zu verdichtend e Mittel mit der Geschwindigkeit wlg. ein und mit der
Geschwindigkeit w2 g aus. In den nachfolgenden Turbinenlaulreihen
h und i werden die Eintrittsgesch-,vindigkeifien wir, Und wli in die
Austrittsgeschwindigkeiten w21, und w2 i umgelenkt; auch diese Umlenkung erfolgt,
ohne daß der Druck des zu verdichtenden Mittals absinkt. In die nachfolgende Verdichterlaufrefihe
k tritt dieses mit der Geschwindigkeit wik ein, und es verläßt sie mit der Geschwindigkeit
w2 k, welche im Vergleich mit W29 eine bedeutend kleinere Axialkomponente hat. Da
die Axialgeschwindigkeit des zu verdichtenden Mittels nach den Turbinemlaufreihen
wieder kleiner ist als vor denselben, können die Schaufeln der nachfolgenden Verdichterreihen
länger gemacht werden, was zur Verbesserung des Stufenwirkungsgrades mithilft.