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Austrittsgehäuse für Axialverdichter und -pumpen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Austrittsgehäuse für Axialverdichter und -pumpen.
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Das Austrittsgehäuse solcher Strömungsmaschinen dient dazu, das verdichtete
Medium zu sammeln und derart zu leiten, daß es möglichst ohne größere Strömungsverluste
in einem Rohr abgeführt werden kann. In vielen Fällen ist ein Teil des Austrittsgehäuses
als Diffusor ausgebildet, in welchem ein Teil der kinetischen Energie des Mediums
in statischen Druck umgewandelt wird.
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Bekannt ist bereits ein spiralförmig ausgebildetes Austrittsgehäuse
mit rundem Kanalquerschnitt und mit tangentialer Einführung des zu einem eingerollten
Diffusor erweiterten verlängerten Schaufelkanals. Die große räumliche Ausladung
der Spirale und des einzigen Austrittsstutzens verbunden mit fertigungstechnischen
Schwierigkeiten und den dadurch verursachten Kosten lassen jedoch die Anwendung
des an sich strömungsgünstigen Spiralgehäuses nicht überall zu. Außerdem läßt sich
das Gehäuse infolge der mit der Spiralform verbundenen Unsymmetrie nicht immer mit
den anderen, symmetrischen Maschinenteilen vereinigen.
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Man hat in solchen Fällen bereits raumsparende symmetrische Austrittsgehäuse
vorgesehen, welche zwei Austrittsstutzen besitzen. Beispielsweise sind Verdichter
bekannt, welche ein um die Rotationsachse ringförmig angeordnetes Sammelgehäuse
von rechteckigem Querschnitt mit abgerundeten Ecken und mit zwei tangential an das
Gehäuse anschließenden Abführungskanälen aufweisen. Bei einer solchen Anordnung
wird jedoch das strömende Medium in den Ecken des Ringkanals zur Wirbel-
Bildung
angeregt, wodurch ein nicht unerheblicher Teil der in der Strömung noch enthaltenden
Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt wird und an der Leistung des Verdichters verlorengeht.
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Das Austrittsgehäuse für Axialverdichter und -pumpen nach der Erfindung
ist durch die Vereinigung folgender an sich bekannter Merkmale gekennzeichnet: a)
Das Gehäuse ist als Ringkanal von rundem Querschnitt ausgebildet; b) der zu einem
eingerollten Diffusor erweiterte, verlängerte Schaufelkanal des Axialverdichters
ist tangential in den Ringkanal eingeführt; c) der Ringkanal weist zwei parallel
nebeneinanderliegende, nach derselben Richtung ab, gehende, tangential an ihn anschließende
Auslaßstutzen von wenigstens annähernd kreisförmigem Querschnitt auf.
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Die in der erfindungsgemäßen Kombination zu neuer Wirkung vereinigten
Merkmale sind ebenso wie das Merkmal des Unteranspruchs für sich bekannt, weswegen
für sie auch kein Einzelschutz begehrt wird.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird erreicht, daß der Strom
des Arbeitsmittels in zwei entgegengesetzt zueinander drehenden schraubenförmigen,
voneinander getrennten Teilströmungen abgeführt werden kann. Wäre am Ringkanal nur
ein Abführungskanal vorhanden, so würden beide Teilströmungen, welche einen entgegengesetzt
gerichteten Drall besitzen, bei ihrem Zusammentreffen im Abführungskanal sich vermischen
und einen Teil ihrer Strömungsenergie gegenseitig durch Wirbelbildung und Stauung
vernichten.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ergibt sich dann noch ein weiterer
Vorteil, wenn beispielsweise - wie es in der Praxis oft geschieht - zwei Rekuperatoren
angeschlossen sind. In diesem Falle kann nämlich ein die Strömung aufteilendes Hosenrohr
eingespart werden, welches bei hohen Drücken nicht nur konstruktive Schwierigkeiten
bietet und deshalb sehr teuer wird,-sondern auch noch zusätzliche Strömungsverluste
entstehen läßt.
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Versuche haben ergeben, daß sich ein geringer Strömungswiderstand
in einem solchen Austrittskanal ergibt, wenn die aufeinander senkrecht stehenden
Profilachsen des Kanalquerschnitts - im Axialschnitt gesehen - sich höchstens wie
1,5 : i verhalten und deren kleinster Krümmungsradius mindestens 25 % Länge der
kleineren Achse beträgt.
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Der Vorteil des Gehäuses nach der Erfindung, welches strömungstechnisch
gute Eigenschaften mit einfacher, raumsparender Formgebung, geringem Gewicht und
relativ niedrigen Herstellungskosten vereinigt, wird nur unerheblich dadurch geschmälert,
daß in dem zwischen den Austrittsstutzen gelegenen Kanalteil eine teilweise ungeregelte
und deshalb mit Verlust behaftete Abströmung stattfindet. Der hierdurch verursachte
Energieverlust ist jedenfalls angesichts der aufgezählten Vorteile der Anordnung
nach der Erfindung tragbar. Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die Zeichnung zeigt das Gehäuse eines Axialverdichters, welches
spiegelbildlich zu einer Ebene I-I ausgebildet ist und bei welchem ein durch die
Ebenen 1-I und II-II begrenztes Stück herausgeschnitten worden ist.
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Das Gehäuse besteht aus einem ringförmigen Teil i, an das sieh zwei
als Stutzen z ausgebildete Abführungskanäle, welche mit Flanschen 3 versehen sind,
anschließen. Das verdichtete Medium tritt in Richtung der Pfeile q., 5, 6 und 7,
deren nach außen gerichtete Flächen dunkler gehalten sind als die inneren, aus der
Schaufelung des Axialverdichters in den Einführungskanal 8 und von dort in den ringförmigen
Kanal 9 ein. Wie die Pfeile io und ii zeigen, setzt sich die Bewegung des Mediums
aus einer Drallkomponente und einer Komponente in Richtung auf den Abführungskanal
zusammen, so, daß sich die einzelnen Teilchen des Mediums auf einer schraubenförmigen
Bahn bewegen. Das bei 7 in der Ebene I-I gegenüber den Austrittsstutzen in den ringförmigen
Kanal eintretende Medium teilt sich und bildet den Ursprung der beiden entgegengesetzt
zueinander drehenden Schraubenbahnen io und i i. Jede Teilströmung wird durch den
Zutritt von weiterem verdichtetem Medium aus dem Umfang des Einführungskanals verstärkt
und strömt schließlich durch die Abführungskanäle z ab. Auch das bei 5 in der Teilungsebene
I-I zwischen den Abführungsstutzen eintretende Medium teilt sich und wird in die
schraubenförmigen Strömungen aufgenommen. Die Teilströmungen treffen also nirgendwo
aufeinander. Auf diese Weise ist es nicht mehr möglich, daß Wirbel und Verluste
entstehen.
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Der beste Wirkungsgrad wird erzielt, wenn sich die Strömung auf einer
Bahn bewegen kann, deren Grundfläche nahezu ein Kreis ist. Deshalb hat der Abführungskanal
wenigstens annähernd kreisförmigen Querschnitt. Auch der Ringkanal soll annähernd
kreisförmige Querschnitte aufweisen. Die größte Breite _AB soll höchstens das i,5-fache
der kleinsten Breite CD betragen, und der kleinste Krümmungsradius, der sich
in diesem Ausführungsbeispiel an der mit r angegebenen Stelle befindet, soll mindestens
25 % der kleinsten Breite CD betragen.
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Um einen Teil der kinetischen Energie des Mediums in statischen Druck
umzusetzen, ist der verlängerte Schaufelkanal nach tangentialer Einführung in den
Ringkanal als eingerollter Diffusor 8 ausgebildet. Eine besonders gute Einführung
der Strömung in den Ringkanal tritt dann auf, wenn das Medium im Diffusor 8 um i5o
bis i8o° aus seiner Eintrittsrichtung umgelenkt wird.