-
e
Mehrstufiger Axialverdichter, in dessen Laufrädern Druck erzeugt
wird Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Axialverdichter zur Förderung und
Verdichtung kompressibler Medien, in dessen Laufrädern Druck erzeugt wird. Derartige
Verdichter sind für gewöhnlich so gebaut, daß die Querschnittsfläche senkrecht zur
Drehachse der Maschine, welche vom Fördermittel in axialer Richtung durchströmt
wird, längs der Laufradstufen ganz oder wenigstens nahezu konstant bleibt. Das Volumen
des geförderten Mediums nimmt infolge der Verdichtung, die in den einzelnen Verdichtungsstufen
stattfindet, in der Strömungsrichtung ab, so daß die axiale Durchtrittsgeschwindigkeit
des Mediums innerhalb jeder Laufradstufe abnimmt, d. h. längs derselben verzögert
wird. Diese Verzögerung ist um so größer, je größer die Druckerhöhung in der Laufradstufe
ist. Bei einer verzögerten Strömung wird jedoch die Grenzschicht in der Strömungsrichtung
immer dicker, wodurch die Gefahr einer Ablösung der Strömung am Flügel vergrößert
wird, so daß oft frühzeitig lokale Ablösungen auftreten. Jede Ablösung verursacht
aber eine Verschlechterung des Wirkungsgrades des Verdichters und sollte deshalb
tunlichst verhindert werden.
-
In Fig. r ist das Geschwindigkeitsdreieck in irgendeinem Querschnitt
eines Laufradflügels gezeichnet.
Dabei bezeichnet c," die axiale
Durchtrittsgeschwindigkeit am Eintritt des Laufrades, u die Umfangsgeschwindigkeit,
A c" die Umfangskomponente der Absolutgeschwindigkeit vor dem Laufrad und w oo die
mittlere relative Anströmgeschwindigkeit des Flügelprofils. Eine Betrachtung dieses
Dreieckes zeigt, daß wegen der verkleinerten axialen: Durchtrittsgeschwindigkeit
c"i (eine Folge der Verdichtung)-, die entsprechende relative Anströmgeschwindigkeit
w' oo ebenfalls kleiner wird. Insbesondere aber wird der Winkel ß oo (= Winkel der
Relativgeschwindigkeit w' oo zu Umfangsrichtung) kleiner, so daß der Anstellwinkel
ä oc des Flügelschnittes vergrößert wird. Diese Vergrößerung des Anstellwinkels
wirkt nun aber erst im hinteren Teil des Flügelprofils, so daß dadurch die Gefahr
einer Strömungsablösung nochmals erhöht wird.
-
Um die erwähnten Unzulänglichkeiten zu beheben, nimmt nun in einem
mehrstufigen Axialverdichter gemäß der Erfindung bei den Laufrädern die Durchtrittsfläche
senkrecht zur Drehachse der Maschine vom jeweiligen Laufradeintritt bis zum Laufradaustritt
so stark ab, daß die Geschwindigkeitskomponente des Fördermittels in axialer Richtung
innerhalb der Laufradstufen, trotz Abnahme des Volumens des Fördermittels infolge
Verdichtung, zum mindesten praktisch konstant bleibt, wenn nicht gar beschleunigt
wird.
-
Bei einer solchen Ausbildung der Laufradstufen bleiben die Grenzschicht
dünn und der Anstellwinkel aoo des Flügelprofils konstant bzw. wird letzterer im
Fall einer Beschleunigung der Strömung in der Laufradstufe etwas kleiner. Infolgedessen
wird die Gefahr von Ablösung vermindert, und es lassen sich daher bei sonst gleichen
Flügelabmessungen größere Druckerhöhungen und Wirkungsgrade erzielen, weil Wirbelverluste,
als Folge von Ablösungen, nicht oder in nur unbedeutendem Maß vorkommen.
-
Zur Unterstützung der angestrebten Wirkung kann die Durchtrittsfläche
der Leitvorrichtungen, von denen in bekannter Weise jedem Laufrad eine vorgeschaltet
ist, senkrecht zur Drehachse der Maschine vom Eintritt in bis zum Austritt aus den
einzelnen Leitvorrichtungen konstant sein, so daß die Geschwindigkeit des Fördermittels
in axialer Richtung innerhalb der Leitvorrichtungen ebenfalls praktisch konstant
bleibt. Eine solche Bauart unterscheidet sich somit grundsätzlich von bereits bekannten
Ausführungsformen, bei denen die Durchtrittsfläche senkrecht zur Drehachse über
die ganze Länge der Maschine stetig abnimmt, so daß die axiale Geschwindigkeit der
Strömung in jeder Leitvorrichtung stetig zunimmt und in jedem darauffolgenden Laufrad
wieder stetig abnimmt.
-
In der Zeichnung sind in den Fig. 2 bis 6 verschiedene Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Darstellungsweise beispielsweise veranschaulicht.
Alle diese Zeichnungen zeigen axiale Längsschnitte durch einen Teil des Laufrades
einer Verdichtungsstufe und der angrenzenden Teile eines mehrstufigen Axialverdichters.
-
In allen Zeichnungen bezeichnen r das Gehäuse eines mehrstufigen Axialverdichters,
2 einen Flügel und 3 die Nabe eines Laufrades. Im weiteren bezeichnen überall 4
die innere und 7 die äußere Begrenzungsfläche des Laufradflügels 2, ferner dessen
Eintritts- und 6 dessen Austrittskante.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig.2 ist bei gleichbleibendem Außendurchmesser
des Flügels 2 dessen innere Begrenzungsfläche 4 beginnend von der Eintrittskante
5 bis zur Austrittskante 6 in solcher Richtung und so stark geneigt ausgebildet,
daß die Durchtrittsfläche senkrecht zur Drehachse der Maschine von der Eintrittskante
5 bis zur Austrittskante 6 so stark abnimmt, daß die Geschwindigkeitskomponente
des Fördermittels in axialer Richtung innerhalb der Laufradstufe zum mindestens
konstant bleibt, wenn nicht gar beschleunigt wird.
-
Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist bei gleichbleibendem Außendurchmesser
des Flügels 2 dessen Nabe 3 am Außenumfang über ihre ganze Länge so stark von der
Maschinenachse divergierend, in Strömungsrichtung betrachtet, daß die Geschwindigkeitskomponente
des Fördermittels in axialer Richtung innerhalb der Laufradstufe zurr mindesten
praktisch konstant bleibt, wenn nicht gar beschleunigt wird.
-
Bei den Ausführungen nach Fig. 4 und 5 wird dies dadurch erreicht,
daß bei gleichbleibendem Nabendurchmesser die Außenfläche 7 des Flügels 2 und die
diesen umgebenden Flächenteile des.Gehäuses r konvergierend nach der Maschinenachse
hin --- in der Strömungsrichtung betrachtet - ausgebildet sind, wobei in Fig. 4
nur der gerade den Flügel 2 umgebende Gehäuseteil il geneigt ausgebildet ist, während
in Fig. 5 der die ganze Laufradstufe nach außen begrenzende Gehäuseteil 12 geneigt
ausgebildet ist.
-
Bei der Bauart nach Fig.6 nimmt in der Strömungsrichtung gleichzeitig
der Durchmesser der Nabe 3 des Laufrades 2 zu und dessen Außendurchmesser ab, wobei
auch der an den Flügel 2 angrenzende Teil r3 des Gehäuses t gleich wie die Außenfläche
7 des Flügels :2 schräg ausgebildet ist.