EP0439757A1 - Axialdrallregler fÀ¼r grossvolumige Radialverdichter - Google Patents

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EP0439757A1
EP0439757A1 EP90124150A EP90124150A EP0439757A1 EP 0439757 A1 EP0439757 A1 EP 0439757A1 EP 90124150 A EP90124150 A EP 90124150A EP 90124150 A EP90124150 A EP 90124150A EP 0439757 A1 EP0439757 A1 EP 0439757A1
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EP
European Patent Office
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section
axial swirl
guide vanes
rotation
swirl controller
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EP90124150A
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EP0439757B1 (de
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Reinhold Dr.-Ing. Herbst
Hans-Joachim Dipl.-Ing. Conrad
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Howden Turbo GmbH
Original Assignee
Siemens Turbomachinery Equipment GmbH
Kuehnle Kopp and Kausch AG
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Publication date
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Application filed by Siemens Turbomachinery Equipment GmbH, Kuehnle Kopp and Kausch AG filed Critical Siemens Turbomachinery Equipment GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/46—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/462—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/56—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/563—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable specially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/51—Inlet

Definitions

  • the invention relates to an axial swirl controller for large-volume radial compressors, consisting of an axial diffuser with a ring extending axially to the loader axis, pivotable about radially oriented axes of rotation, which are essentially circular sections of such shape and division that they have the cross-section when the nozzle is completely closed almost completely cover a flow channel, which is arranged in a housing, the inner wall of which, viewed in the direction of flow, comprises a first jacket of a first cylinder section and a jacket of a spherical section, the spherical radius of the spherical section being equal to the radius of the first cylindrical section and the spherical section being nozzle-shaped into one passes over the second cylinder section, and with adjusting levers arranged on the shafts of the guide vanes projecting outward along the axes of rotation, which are coupled to an adjusting ring concentrically surrounding the housing.
  • Such an axial swirl controller is known from DE-AS 1 628 232 for compressors with larger dimensions and is used for shifting the characteristic curve.
  • the flow channel in which the guide vanes of the axial guide apparatus are arranged, consists of two jacket sections with only a slightly different diameter and a spherical section lying between them. The diameter of this spherical section is larger than the radius of the larger cylindrical jacket section, ie the flow channel on the inlet side is enlarged in the area of the guide vanes. This increase in diameter in the flow channel leads to turbulence and flow separation as well as to an increase in the vortex wake triggered by a speed jump on the guide vanes.
  • the second casing section adjoining the spherical section on the compressor side has an only insignificantly smaller diameter than the first cylindrical casing section, rapid suppression of the disturbance of the flow before entering the compressor is not possible, in particular since the compressor is arranged very close to the axial swirl regulator .
  • An axial swirl regulator is known from US Pat. No. 1 978 128, in which the guide vanes of the axial guide apparatus are arranged in a housing which transitions from a larger diameter to a smaller diameter in the manner of a polygon.
  • the axes of rotation of the guide vanes are inclined at an angle to the longitudinal axis of the flow channel and are guided in the center of the flow channel in a gear mechanism which causes a considerable disturbance of the flow.
  • the coupling of the individual guide vanes takes place via this gear to ensure synchronism.
  • the end of the axes of rotation of the individual guide vanes opposite the transmission is mounted approximately in the central section of the polygon housing, so that the front edge of the guide vanes runs approximately perpendicular to the central axis in the fully open state.
  • the polygonal shape of the housing wall means that the gap between the guide vanes and the lateral surface can be kept relatively small when the guide vanes are completely open, but because of the polygonal shape, the vanes, which are usually adjusted slightly towards the closed position, occur both at the front edge and at the operating position also relatively large gaps at the rear edge, which entail turbulence in the flow and cause a wake that is no longer eliminated into the subsequent compressor.
  • an axial swirl regulator for an exhaust gas turbocharger in which a spherical section adjoins the first cylinder section of the flow channel and merges into a second cylinder section, which is also the intake port of the exhaust gas turbocharger.
  • the nozzle-shaped spherical section results in a calming of the flow after the axial diffuser, in particular because of the relatively large diameter ratio of the inlet-side to the outlet-side cylinder section.
  • the axis of rotation of the respective guide blades is arranged in the blade leading edge. This one-sided mounting of the guide vanes leads to the occurrence of relatively large flow forces which not only make undesired but also very expensive structural measures necessary for axial-volume swirl regulators for large-volume compressors.
  • the invention is therefore based on the object of providing an axial swirl controller for large-volume radial compressors in which the flow experiences as little interference as possible from the guide apparatus and which is caused by the inevitable turbulence resulting vortex drag can be suppressed before reaching the compressor, so that a uniform flow across the entire cross section of the impeller is ensured.
  • the measures of the invention advantageously achieve that, with the lowest possible adjustment forces on the guide vanes, vortices and wake dents can be suppressed on the one hand by the acceleration of the flow in the region of the spherical section and on the other hand by the post-acceleration in the second cylinder section.
  • the restoring forces can be considerably reduced by creating a compensating surface, without having to accept the disadvantages of the prior art, which are necessary for a central arrangement of the Axis of rotation are inevitable.
  • a ratio of the diameters from the first cylinder section to the second cylinder section between 1.22 and 1.39 proves to be particularly expedient, the diameter of the second cylinder section being measured at the end of the section on the input side.
  • its lateral surface has an inclination with respect to an axially parallel lateral surface which extends between slightly greater than 0 ° to a maximum of 10 °.
  • An inclination of the lateral surface up to a maximum of 7 ° has proven to be particularly advantageous.
  • the guide vane adjustment which is carried out from an adjusting ring, uses an adjusting lever and a coupling member, the adjusting lever located on the axis of rotation of the guide vane running with its longitudinal axis in the direction of the longitudinal extension of the guide vane.
  • an actuating lever and a coupling element By using an actuating lever and a coupling element, it is possible to ensure, by means of suitable angular assignment of the actuating lever to the coupling element, that the guide vanes can be operated with the most favorable torque in the adjustment range which is generally assigned. the lowest adjustment forces are required in this adjustment range.
  • the adjustment ring is fixed by stops in such a way that an adjustment range of the guide vanes between 15 ° and -90 ° is possible, the guide device being completely closed at a position of -90 °.
  • a pointer is also assigned to the adjusting lever, with which the position of the guide vane can be read on a scale.
  • Fig. 1 the housing 10 of an axial swirl controller is shown schematically, which is flanged in the plane II-II to the housing of a radial compressor with an impeller 12.
  • a compressor housing is shown above the center line, which differs from the illustration below the center line. The difference results from different impeller sizes and the design of the section of the housing shown between level II-II and level A-A, which is different with respect to the slope of the inner casing. Accordingly, the associated impeller is dimensioned differently.
  • the housing 10 of the axial compressor consists of a first cylinder section 15 between the entry plane E and the plane K-K and a spherical section 16 between the plane K-K and the assembly plane II-II.
  • the second cylinder section 17 adjoins this assembly plane, which extends to the entry plane A-A of an impeller 12. This is followed by a section of the compressor housing 18 assigned to the impeller.
  • a guide device 20 is attached within the housing 10 of the axial swirl controller, which consists of a ring that extends radially to the compressor axis 21 and can be pivoted about radially oriented axes of rotation guide vanes 22.
  • the axes of rotation 23 of the guide vanes 22 lie in the plane K-K and run perpendicular to the compressor axis 21.
  • the spherical section 16 of the housing 10 has a spherical radius which is equal to the radius of the first cylinder section 15, so that there is a nozzle-like reducing cross section for the spherical section which, in the assembly plane II-II, merges with a continuously decreasing diameter deviating from the spherical radius.
  • the second cylinder section 17 connects in the assembly plane II-II, the associated lateral surface of which has an inclination between slightly greater than 0 ° to 10 ° in relation to an axially parallel lateral surface.
  • the inclination is shown slightly larger than 0 °, whereas 1 shows an embodiment in which the inclination of the lateral surface is in the order of magnitude between 7 ° and 10 °.
  • the result of this is a very even flow across the entire cross section of the impeller 12.
  • the guide vanes 22, which are rotatably mounted in the plane KK, are supported on one side in such a way that the guide vane area is divided by the axis of rotation 23 in a ratio of 1/3: 2/3, the axes of rotation being arranged in the diameter plane in the transition region from the first cylinder section 15 to the ball section 16 . Because of this construction, only the wider blade half engages in the spherical section 16 in the fully open state, the end edge running along a circular line being flush with a small gap along the lateral surface of the spherical section 16. This practically prevents the formation of vortices or wake dents on the compressor side of the guide vanes.
  • the one-sided mounting of the guide vanes after the first third of the guide vane surface results in a particularly favorable compromise with regard to the force acting on the guide vanes due to the flow and the development of turbulence within the flow, since this is inevitably between the axis of rotation and the front end point of the circular end edge gap forming in the area of the first cylinder section 15 acts as a disturbance of the flow and triggers turbulence.
  • the small swirls in the flow which have an effect in this gap region are suppressed in the region of the axial swirl regulator by the nozzle-shaped reduction in the cross section in the spherical section 16, so that there is an essentially uninterrupted flow when exiting the diffuser.
  • FIG. 2 shows details of the adjusting device for the guide apparatus.
  • an adjusting ring 31 is guided with the aid of rolling elements 32.
  • An adjusting arm 33 is connected to the adjusting ring 31, on which an adjusting motor (not shown) acts, which displaces the adjusting ring in the circumferential direction.
  • Stops 34 are attached to the housing 10, which ensure that the adjusting ring can only be rotated within a range which permits a guide vane rotation between 15 ° and -90 °, the guide apparatus being completely closed at a position of -90 °. This corresponds to the representation according to FIG. 2.
  • an adjusting lever 25 is fastened on the axis of rotation 23 of the guide vanes and is connected to the adjusting ring 31 via a coupling member 26.
  • the coupling member 26 is spatially rotatably connected to the adjusting ring 31 on the one hand and to the adjusting lever 25 on the other hand, the geometry of the arrangement of the levers relative to one another being such that when the guide vanes are in the middle position in the usual range of rotation, the coupling member forms an angle of approximately 90 ° with the adjusting lever has, so that the force in the coupling member is minimal and a particularly balanced control game is possible in this area.
  • This central position of the control range is roughly assigned to an angular position of the guide vanes from 0 ° to 30 °.
  • FIG. 5 shows the position of the actuating lever and of the coupling element relative to one another for the closed state of the guide apparatus in the extended position and for the completely open state of the guide apparatus in a dash-dotted line.
  • this illustration shows a scale 36, which is fastened to the housing 10 and, via an adjusting lever 25 provided with a pointer 37, displays the angular position of the individual guide vanes in the guide apparatus.
  • an adjusting lever 25 is provided with the pointer 37 extending in the longitudinal direction.
  • the articulated connection between the coupling member and the adjusting ring 31 on the one hand and the adjusting lever 25 on the other hand is designed in a conventional manner.
  • the adjusting lever 25 is braced on the axis of rotation 23 in a conventional manner.
  • the explained guide apparatus can be used with the same adjusting elements for a left-handed as well as a right-handed compressor. To adapt to an opposite direction of rotation, only a mirror-image assembly is necessary.

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Abstract

Ein Axialdrallregler für großvolumige Radialverdichter hat einen Strömungskanal, welcher aus einem ersten Zylinderabschnitt (15) über einen Kugelabschnitt (16) düsenförmig in einen zweiten Zylinderabschnitt (17) übergeht, der seinerseits eine Mantelfläche hat, die eine Neigung zwischen geringfügig größer 0° bis 10° bezogen auf eine achsparallele Mantelfläche aufweist. Die in der Übergangsebene vom ersten Zylinderabschnitt (15) zum Kugelabschnitt (16) gelagerten Leitschaufeln (22) haben eine Drehachse (23), die die Leitschaufelfläche im Verhältnis 1/3 : 2/3 teilt. Das Verhältnis der Durchmesser (D1) des ersten Zylinderabschnittes (15) zum Durchmesser (D2) am Eingang des zweiten Zylinderabschnittes (17) liegt zwischen 1,1 und 1,4. Die Verstellung der Leitschaufeln (22) erfolgt mit Hilfe eines auf der Gehäuse-Außenseite montierten Verstellringes (31) der über einen Gelenkhebel (25) auf die Drehachse (23) der Leitschaufeln (22) wirkt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Axialdrallregler für großvolumige Radialverdichter, bestehend aus einem axialen Leitapparat mit einem Kranz sich axial zur Laderachse erstreckenden, um radial ausgerichtete Drehachsen schwenkbare Leitschaufeln, welche im wesentlichen Kreisausschnitte von solcher Form und Teilung sind, daß sie bei völliger Schließung des Leitapparates den Querschnitt eines Strömungskanals fast ganz überdecken, der in einem Gehäuse angeordnet ist, dessen innere Wand in Strömungsrichtung gesehen einen ersten Mantel eines ersten Zylinderabschnitts und einen Mantel eines Kugelabschnittes umfaßt, wobei der Kugelradius des Kugelabschnitts gleich dem Radius des ersten Zylinderabschnitts ist und der Kugelabschnitt düsenförmig in einen zweiten Zylinderabschnitt übergeht, und mit an den entlang der Drehachsen nach außen ragenden Wellen der Leitschaufeln angeordneten Verstellhebel, welche mit einem das Gehäuse konzentrisch umschließenden Verstellring gekoppelt sind.
  • Ein derartiger Axialdrallregler ist durch die DE-AS 1 628 232 für Verdichter mit größeren Abmessungen bekannt und dient der Kennlinienverschiebung. Bei diesem bekannten Axialdrallregler besteht der Strömungskanal, in welchem die Leitschaufeln des axialen Leitapparates angeordnet sind, aus zwei Mantelabschnitten mit nur geringfügig verschiedenem Durchmesser und einem dazwischen liegenden Kugelabschnitt. Der Durchmesser dieses Kugelabschnittes ist größer als der Radius des größeren zylindrischen Mantelabschnittes, d. h. der eingangsseitige Strömungskanal erfährt im Bereich der Leitschaufeln eine Durchmesservergrößerung. Diese Durchmesservergrößerung im Strömungskanal führt zu einer Verwirbelung und Strömungsablösung sowie zu einer Vergrößerung der durch einen Geschwindigkeitssprung an den Leitschaufeln ausgelösten Wirbelschleppe. Da der verdichterseitig an den Kugelabschnitt anschließende zweite Mantelabschnitt einen nur unwesentlich kleineren Durchmesser als der erste zylindrische Mantelabschnitt hat, ist eine rasche Unterdrückung der Störung der Strömung vor dem Eintritt in den Verdichter nicht möglich, insbesondere, da der Verdichter sehr nahe an dem Axialdrallregler angeordnet ist.
  • Durch die US-PS 1 978 128 ist ein Axialdrallregler bekannt, bei dem die Leitschaufeln des axialen Leitapparates in einem Gehäuse angeordnet sind, welches polygonartig von einem größeren Durchmesser auf einen kleineren Durchmesser übergeht. Die Drehachsen der Leitschaufeln sind unter einem Winkel zur Längsachse des Strömungskanals geneigt angeordnet und werden im Zentrum des Strömungskanals in einem Getriebe geführt, das eine erhebliche Störung der Strömung verursacht. Über dieses Getriebe erfolgt die Kopplung der einzelnen Leitschaufeln, um einen Gleichlauf zu gewährleisten. Das dem Getriebe gegenüberliegende Ende der Drehachsen der einzelnen Leitschaufeln ist etwa im Mittelabschnitt des Polygongehäuses gelagert, so daß die Vorderkante der Leitschaufeln im völlig geöffneten Zustand etwa senkrecht zur Mittelachse verläuft. Durch die Polygonform der Gehäusewandung erreicht man wohl, daß bei völlig geöffneten Leitschaufeln der Spalt zwischen den Leitschaufeln und der Mantelfläche verhältnismäßig klein gehalten werden kann, jedoch treten an den im Regelfall des Betriebs leicht in Richtung Schließstellung verstellten Schaufeln wegen der Polygonform sowohl an der Vorderkante als auch an der Rückkante verhältnismäßig große Spalte auf, die eine Verwirbelung der Strömung mit sich bringen und eine Wirbelschleppe verursachen, die bis in den anschließenden Verdichter hinein nicht mehr beseitigt wird.
  • Durch die EP-A-243 596 ist ein Axialdrallregler für einen Abgasturbolader bekannt, bei dem an dem ersten Zylinderabschnitt des Strömungskanals ein Kugelabschnitt anschließt, der düsenförmig in einen zweiten Zylinderabschnitt übergeht, der gleichzeitig der Ansaugstutzen des Abgasturboladers ist. Durch den düsenförmigen Kugelabschnitt ergibt sich nach dem axialen Leitapparat eine Strömungsberuhigung, insbesondere wegen des verhältnismäßig großen Durchmesserverhältnisses vom eingangsseitigen zum ausgangsseitigen Zylinderabschnitt. Bei diesem Axialdrallregler für Abgasturbolader ist die Drehachse der jeweiligen Leitschaufeln in der Schaufeleintrittskante angeordnet. Diese einseitige Lagerung der Leitschaufeln führt dazu, daß verhältnismäßig große Strömungskräfte auftreten, die bei Axialdrallreglern für großvolumige Verdichter nicht nur unerwünscht, sondern auch sehr teuere konstruktive Maßnahmen erforderlich machen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Axialdrallregler für großvolumige Radialverdichter zu schaffen, bei dem die Strömung möglichst wenig Störungen durch den Leitapparat erfährt und die durch die unvermeidliche Verwirbelungen entstehenden Wirbelschleppen noch vor dem Erreichen des Verdichters unterdrückt werden können, so daß eine gleichmäßige Anströmung über den ganzen Querschnitt des Laufrades sichergestellt ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
  • Durch die Maßnahmen der Erfindung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß bei möglichst geringen Verstellkräften an den Leitschaufeln Wirbelschleppen und Nachlaufdellen einerseits durch die Beschleunigung der Strömung im Bereich des Kugelabschnitts und andererseits durch die Nachbeschleunigung im zweiten Zylinderabschnitt unterdrückt werden können. Durch die Anordnung der Drehachse der einzelnen Leitschaufeln längs einem im ersten Drittel der Leitschaufelbreite verlaufenden Radius lassen sich die Rückstellkräfte durch die Schaffung einer Ausgleichsfläche erheblich verringern, ohne daß dadurch die Nachteile des Standes der Technik in Kauf genommen werden müssen, die bei einer mittigen Anordnung der Drehachse unvermeidlich sind. Bei dieser Art der Lagerung der Leitschaufeln ergibt sich für den Bereich zwischen der Drehachse und der Schaufelaustrittskante ein bündiger Verlauf zwischen Leitschaufel und dem Mantel des Kugelabschnittes, so daß an der Schaufel-Rückkante keine Verwirbelung auftritt, die als Wirbelschleppe weitergeführt wird. Der zwangsläufig an der Schaufeleintrittskante entstehende geringe Spalt löst wohl eine Verwirbelung aus, jedoch wird die Wirbelschleppe bereits innerhalb des düsenförmig verlaufenden Kugelabschnitts durch die Beschleunigung der Strömung wieder unterdrückt. Ferner wird durch das Vorsehen eines kontinuierlich abnehmenden Durchmessers im zweiten Zylinderabschnitt bis zur Eintrittskante des Laufrades eine weitere Beschleunigungsstrecke geschaffen, die in Verbindung mit der Nabe des Laufrades dafür sorgt, daß das Laufrad über den gesamten Querschnitt gleichmäßig und wirbelfrei angeströmt wird.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Für die vorteilhafte Wirkung der Erfindung erweist sich ein Verhältnis der Durchmesser vom ersten Zylinderabschnitt zum zweiten Zylinderabschnitt zwischen 1,22 und 1,39 als besonders zweckmäßig, wobei der Durchmesser des zweiten Zylinderabschnitts am eingangsseitigen Ende des Abschnittes gemessen ist. Ferner ist für den kontinuierlich abnehmenden Durchmesser des zweiten Zylinderabschnittes vorgesehen, daß dessen Mantelfläche eine Neigung bezogen auf eine achsparallele Mantelfläche hat, die sich zwischen geringfügig größer als 0° bis maximal 10° streckt. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Neigung der Mantelfläche bis maximal 7° erwiesen.
  • Die von einem Verstellring aus erfolgte Leitschaufelverstellung verwendet einen Stellhebel und ein Koppelglied, wobei der auf der Drehachse der Leitschaufel befindliche Stellhebel mit seiner Längsachse in Richtung der Leitschaufel-Längserstreckung verläuft. Durch die Verwendung eines Stellhebels und eines Koppelgliedes hat man die Möglichkeit, durch geeignete winklige Zuordnung des Stellhebels zum Koppelglied dafür zu sorgen, daß in dem den Regelfall zugeordneten Verstellbereich der Leitschaufeln mit günstigstem Drehmoment gearbeitet werden kann, d.h. es werden in diesem Verstellbereich die geringsten Verstellkräfte benötigt. Der Verstellring ist durch Anschläge derart fixiert, daß ein Verstellbereich der Leitschaufeln zwischen 15° und -90° möglich ist, wobei der Leitapparat bei einer Stellung von -90° vollständig geschlossen ist.
  • Dem Verstellhebel ist ferner ein Zeiger zugeordnet, mit dem die Position der Leitschaufel auf einer Skala abgelesen werden kann.
  • Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen
    • Fig. 1
    einen Schnitt durch das Gehäuse eines an einem Verdichtergehäuse befestigten Axialdrallreglers in schematischer Darstellung;
    Fig. 2
    eine Draufsicht auf den Axialdrallregler längs der Montageebene II-II der Fig. 1;
    Fig. 3
    einen Teilschnitt durch das Gehäuse des Axialdrallreglers und der Lagerung einer Leitschaufel im geschlossenen Zustand;
    Fig. 4
    einen Teilschnitt durch das Gehäuse des Axialdrallreglers und die Lagerung einer Leitschaufel im geöffneten Zustand;
    Fig. 5
    eine Draufsicht auf eine Verstelleinrichtung einer Leitschaufel mit einer Skala zur Darstellung der Öffnungsposition.
  • In Fig. 1 ist schematisch das Gehäuse 10 eines Axialdrallreglers dargestellt, das in der Ebene II-II an das Gehäuse eines Radialverdichters mit einem Laufrad 12 angeflanscht ist. In der Darstellung ist oberhalb der Mittellinie ein Verdichtergehäuse dargestellt, das sich von der Darstellung unterhalb der Mittellinie unterscheidet. Der Unterschied ergibt sich durch unterschiedliche Laufradgrößen und der Ausgestaltung des zwischen der Ebene II-II und der Ebene A-A dargestellten Abschnittes des Gehäuses, das bezüglich der Steigung des Innenmantels verschieden ist. Entsprechend ist auch das zugehörige Laufrad unterschiedlich dimensioniert.
  • Das Gehäuse 10 des Axialverdichters besteht aus einem ersten Zylinderabschnitt 15 zwischen der Eintrittsebene E und der Ebene K-K und einem Kugelabschnitt 16 zwischen der Ebene K-K und der Montageebene II-II. An diese Montageebene schließt der zweite Zylinderabschnitt 17 an, der sich bis zur Eintrittsebene A-A eines Laufrades 12 erstreckt. Daran schließt ein dem Laufrad zugeordneter Abschnitt des Verdichtergehäuses 18 an.
  • Innerhalb des Gehäuses 10 des Axialdrallreglers ist ein Leitapparat 20 angebracht, der aus einem Kranz sich radial zur Verdichterachse 21 erstreckenden und um radial ausgerichtete Drehachsen schwenkbare Leitschaufeln 22 besteht. Die Drehachsen 23 der Leitschaufeln 22 liegen in der Ebene K-K und verlaufen senkrecht zur Verdichterachse 21.
  • Der Kugelabschnitt 16 des Gehäuses 10 hat einen Kugelradius, der gleich dem Radius des ersten Zylinderabschnittes 15 ist, so daß sich ein düsenförmig verringernder Querschnitt für den Kugelabschnitt ergibt, der in der Montageebene II-II in einem weiterhin kontinuierlich abnehmenden Durchmesser abweichend vom Kugelradius übergeht. In der Montageebene II-II schließt der zweite Zylinderabschnitt 17 an, dessen zugeordnete Mantelfläche eine Neigung zwischen geringfügig größer 0° bis 10° bezogen auf eine achsparallele Mantelfläche hat. In der oberen Hälfte der Darstellung gemäß Fig. 1 ist die Neigung geringfügig größer 0° dargestellt, wogegen in der unteren Hälfte der Darstellung gemäß Fig. 1 eine Ausführungsform dargestellt ist, bei der die Neigung der Mantelfläche in der Größenordnung zwischen 7° und 10° liegt. Dadurch ergibt sich von der Montagefläche II-II bis zur Eintrittsebene A-A des Verdichters eine weitere Querschnittsverengung, die in Verbindung mit der in den zweiten Zylinderabschnitt hineinragenden strömungsprofilierten Nabe 25 eine weitere Beschleunigung der Strömung und damit eine weitere Beruhigung bewirkt. Die Folge davon ist eine sehr gleichmäßig Anströmung des gesamten Querschnitts des Laufrades 12.
  • Die in der Ebene K-K drehbar gelagerten Leitschaufeln 22 sind derart einseitig gelagert, daß sich die Leitschaufelfläche im Verhältnis 1/3 : 2/3 durch die Drehachse 23 teilt, wobei die Drehachsen in der Durchmesserebene im Übergangsbereich vom ersten Zylinderabschnitt 15 zum Kugelabschnitt 16 angeordnet sind. Aufgrund dieses Aufbaues greift im völlig geöffneten Zustand nur die breitere Schaufelhälfte in den Kugelabschnitt 16 ein, wobei die längs einer Kreislinie verlaufende Stirnkante sich bündig mit geringem Spalt entlang der Mantelfläche des Kugelabschnittes 16 verläuft. Damit wird praktisch die Entstehung von Wirbeln bzw. Nachlaufdellen auf der Verdichterseite der Leitschaufeln vermieden.
  • Durch die einseitige Lagerung der Leitschaufeln nach dem ersten Drittel der Leitschaufelfläche ergibt sich ein besonders günstiger Kompromiß bezüglich der Krafteinwirkung auf die Leitschaufeln durch die Strömung und die Entstehung von Verwirbelungen innerhalb der Strömung, da der sich zwangsläufig zwischen der Drehachse und dem vorderen Endpunkt der kreislinienförmigen Stirnkante im Bereich des ersten Zylinderabschnittes 15 ausbildende Spalt als Störung der Strömung auswirkt und Verwirbelungen auslöst. Die sich in diesem Spaltbereich auswirkenden geringen Verwirbelungen in der Strömung werden noch im Bereich des Axialdrallreglers durch die düsenförmige Verringerung des Querschnitts im Kugelabschnitt 16 unterdrückt, so daß sich beim Austritt aus dem Leitapparat eine im wesentlichen störungsfreie Strömung ergibt.
  • Es hat sich herausgestellt, daß für die erläuterten Verhältnisse sich ein Optimum an gleichmäßiger Anströmung des Laufrades einstellt, wenn das Verhältnis des Durchmessers D1 des ersten Zylinderabschnittes 15 zum Verhältnis des Durchmessers D2 in der Montageebene II-II zwischen 1,1 und 1,4, vorzugsweise zwischen 1,22 und 1,39 liegt. Da durch die Lange des zweiten Zylinderabschnittes 17 und dessen kontinuierlich abnehmendem Durchmesser eine Verlängerung des Beschleunigungsweges gegeben ist, erfährt die Strömung im zweiten Zylinderabschnitt eine weitere Beruhigung, so daß eine gleichmäßige Anströmung des Laufrades über den gesamten Querschnitt gewährleistet ist.
  • In Fig. 2, 3 und 4 sind Details der Verstelleinrichtung für den Leitapparat dargestellt. In einer in Fig. 5 mit 30 bezeichneten Ringnut auf der Außenseite des Gehäuses 10 des Axialdrallreglers ist ein Verstellring 31 mit Hilfe von Rollelementen 32 geführt. Mit dem Verstellring 31 ist ein Verstellarm 33 verbunden, auf den ein nicht dargestellter Stellmotor wirkt, der den Verstellring in Umfangsrichtung verschiebt. Am Gehäuse 10 sind Anschläge 34 angebracht, die dafür sorgen, daß der Verstellring nur innerhalb eines Bereiches verdreht werden kann, der eine Leitschaufeldrehung zwischen 15° bis -90° zuläßt, wobei der Leitapparat bei einer Stellung von -90° vollständig geschlossen ist. Dies entspricht der Darstellung gemäß Fig. 2.
  • Wie aus Fig. 5 zusätzlich entnehmbar ist, ist auf der Drehachse 23 der Leitschaufeln ein Stellhebel 25 befestigt, der über ein Koppelglied 26 mit dem Verstellring 31 in Verbindung steht. Das Koppelglied 26 ist mit dem Verstellring 31 einerseits und mit dem Stellhebel 25 andererseits räumlich drehbar verbunden, wobei die Geometrie der Anordnung der Hebel zueinander derart ist, daß bei einer Mittelstellung der Leitschaufeln im üblichen Drehbereich das Koppelglied zu dem Stellhebel einen Winkel von etwa 90° hat, so daß in diesem Bereich die Kraft im Koppelglied minimal und ein besonders ausgeglichenes Regelspiel möglich ist. Diese Mittelstellung des Regelbereichs ist etwa einer Winkelstellung der Leitschaufeln von 0° bis 30° zugeordnet.
  • In Fig. 5 ist die Stellung des Stellhebels und des Koppelgliedes zueinander für den geschlossenen Zustand des Leitapparates in ausgezogener Stellung und für den völlig offenen Zustand des Leitapparates in punktgestrichelter Darstellung gezeigt. Ferner zeigt diese Darstellung eine Skala 36, welche am Gehäuse 10 befestigt ist und über einen mit einem Zeiger 37 versehenen Stellhebel 25 die Winkelstellung der einzelnen Leitschaufeln im Leitapparat zur Anzeige bringt. Zu diesem Zweck ist ein Stellhebel 25 mit dem in Längsrichtung sich erstreckenden Zeiger 37 versehen. Die Gelenkverbindung zwischen dem Koppelglied und dem Verstellring 31 einerseits sowie dem Stellhebel 25 andererseits ist in herkömmlicher Weise ausgebildet. Ebenso ist auch der Stellhebel 25 auf der Drehachse 23 in herkömmlicher Weise verspannt.
  • Der erläuterte Leitapparat ist mit den gleichen Verstellelementen sowohl für einen links- als auch rechtsdrehenden Verdichter einsetzbar. Zur Anpassung an eine entgegengesetzte Drehrichtung ist lediglich eine spiegelbildliche Montage notwendig.

Claims (9)

  1. Axialdrallregler für großvolumige Radialverdichter, bestehend aus einem axialen Leitapparat mit einem Kranz sich radial zur Verdichterachse erstreckenden, um radial ausgerichtete Drehachsen schwenkbare Leitschaufeln, welche im wesentlichen Kreisausschnitte von solcher Form und Teilung haben, daß sie bei völliger Schließung des Leitapparates den Querschnitt eines Strömungskanals fast ganz überdecken, der in einem Gehäuse angeordnet ist, dessen Innenwand in Strömungsrichtung gesehen einen ersten Mantel eines ersten Zylinderabschnittes und einen Mantel eines Kugelabschnittes umfaßt, wobei der Kugelradius des Kugelabschnittes gleich dem Radius des ersten Zylinderabschnittes ist und der Kugelabschnitt düsenförmig in einen zweiten Zylinderabschnitt übergeht, und mit an den entlang der Drehachsen nach außen ragenden Wellen der Leitschaufeln angeordneten Verstellhebeln, welche mit einem das Gehäuse konzentrisch umschließenden Verstellring gekoppelt sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Drehachse (23) der Leitschaufeln (22) die Leitschaufelfläche im Verh ältnis 1/3 : 2/3 teilt, wobei die Drehachsen in der Durchmesserebene (K-K) im Übergangsbereich vom ersten zylindrischen Abschnitt (15) zum Kugelabschnitt (16) angeordnet sind,
    - daß das Verhältnis des Durchmessers (D1) vom ersten Zylinderabschnitt (15) zum Durchmesser (D2) an der Montageebene (II-II) des zweiten Zylinderabschnittes (17) zwischen 1,1 und 1,4 liegt,
    - daß der zweite Zylinderabschnitt (17) bis zur Eintrittsebene (A-A) des Laufrades (12) einen kontinuierlich abnehmenden Durchmesser hat,
    - und daß die Leitschaufelverstellung jeweils über einen aus einem Stellhebel (25) und einem Koppelglied (26) bestehenden Gelenkhebel vom Verstellring (31) aus erfolgt.
  2. Axialdrallregler nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß das Verhältnis der Durchmesser (D1 : D2) zwischen 1,22 und 1,39 liegt.
  3. Axialdrallregler nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß eine dem zweiten Zylinderabschnitt (17) zugeordnete Mantelfläche eine Neigung zwischen geringfügig größer 0° bis 10° bezogen auf eine achsparallele Mantelfläche hat.
  4. Axialdrallregler nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Neigung der Mantelfläche bis maximal 7° beträgt.
  5. Axialdrallregler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß der auf der Drehachse (23) der Leitschaufeln (22) befestigte Stellhebel (25) mit seiner Längsachse in Richtung der Leitschaufel-Längserstreckung verläuft.
  6. Axialdrallregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß zumindest ein Stellhebel (25) mit einem Zeiger (37) versehen ist, der die Stellung der Leitschaufeln (22) anzeigt.
  7. Axialdrallregler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß der Verstellring (31) durch Anschläge (34) auf einen Verstellbereich der Leitschaufeln (22) von 15° bis -90° begrenzt ist, wobei der Leitapparat bei einer Stellung von -90° vollständig geschlossen ist.
  8. Axialdrallregler nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß der Verstellring (31) mit Rollelementen (32) am Umfang des Gehäuses (10) des Axialdrallreglers gelagert ist, wobei die Rollelemente in einer Ringnut (30) auf der Gehäuse-Außenseite des Kugelabschnitts (16) verlaufen.
  9. Axialdrallregler nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß für den üblichen Regelbereich und der zugeordneten Mittelstellung der Leitschaufeln (22) das Koppelglied (26) und der Stellhebel (25) einen Winkel von etwa 90° zueinander einnehmen.
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