EP3376041A1 - Return stage and radial turbo fluid energy machine - Google Patents
Return stage and radial turbo fluid energy machine Download PDFInfo
- Publication number
- EP3376041A1 EP3376041A1 EP17161002.5A EP17161002A EP3376041A1 EP 3376041 A1 EP3376041 A1 EP 3376041A1 EP 17161002 A EP17161002 A EP 17161002A EP 3376041 A1 EP3376041 A1 EP 3376041A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- vanes
- guide vanes
- section
- bfs
- stage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
- F04D17/08—Centrifugal pumps
- F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
- F04D17/12—Multi-stage pumps
- F04D17/122—Multi-stage pumps the individual rotor discs being, one for each stage, on a common shaft and axially spaced, e.g. conventional centrifugal multi- stage compressors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
- F04D29/284—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- 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
- F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/4213—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps suction ports
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- 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
- F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/444—Bladed diffusers
Definitions
- the arrangement of the first vanes and the second vanes exclusively in the third section of the recirculation stage combines aerodynamically advantageous preparation of the process fluid to the downstream impeller after the 90 ° turn. It can be seen that the flow guidance in the third section, which is divided into two guide stages, works particularly efficiently in the swirl-free alignment of the process fluid.
- the arrangement of the Leitbeschaufelung exclusively in the third section is particularly easy to manufacture and easy to install.
- the arrangement in the third section advantageously allows for a solid attachment of the false bottom to the blade bottom and is also particularly well suited due to the relatively simple geometry of the radial feedback in the region of the third section for mounting and manufacturing the two rows of vane.
- first guide vanes have a metal outlet angle to the radial direction with: - 5 ° ⁇ L 1 EA ⁇ 5 ° .
- L1EA Metal exit angle of the first vanes (L1) to the radial direction.
- the return stage has the same number of first vanes and second vanes.
- first guide vanes and / or second guide vanes are cylindrical.
- Another advantageous development of the invention provides that exactly one second guide vane is arranged downstream in the circumferential direction between the two closest first guide vanes.
- a circumferentially offset second vane stage or the arrangement of the second vanes in the circumferential direction asymmetrically to the outlet edges of the first vanes leads to a reduction of the aerodynamic losses of the process fluid in the flow through the return stage.
- FIG. 1 shows a schematic representation of a longitudinal section of a radial turbofluid energy machine RTFEM in the section of a flow channel for a process fluid PF.
- the section shows five impellers IMP, which rotate as part of a rotor R in operation about an axis X.
- the impellers IMP suck in each case the process fluid PF substantially axially and convey this accelerated radially outward. After exiting the impeller IMP, the process fluid PF enters a return stage BFS comprising a return channel BFC.
- first vanes L1 and second vanes L2 Only in the third section S3 are first vanes L1 and second vanes L2 arranged.
- the first vanes have an entrance edge L1LE and a exit edge L1TE.
- the second vanes L2 have an entrance edge L2LE and an exit edge L2TE.
- the leading edge L2LE of the second vane L2 is located in a radial portion RAD downstream and at a smaller radius than the trailing edges L1TE of the first vanes L1 - this arrangement is preferred according to the invention.
- the scope of the invention also includes embodiments in which this radial section RAD is zero or the entry edges L2LE are located in the radial region of the first guide vanes L1.
- the ratio of the suction-side portion SSD to the entire Arc length BLD of the connecting line CLTE between the two exit edges L1TE of the first vanes L1 is between 0.4 - 0.6 (0.4 ⁇ SSD / BLD ⁇ 0.6).
- This type of unequal distribution of the flow channel FC between the two first guide vanes L1 by means of the following guide vane L2 leads to a particularly advantageous low-loss flow through the third section S3.
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Rückführstufe (BFS) einer Radialturbofluidenergiemaschine (RTFEM), insbesondere eines Radialturboverdichters (RTC), zur Umlenkung einer Strömungsrichtung (FD) eines aus einem sich um eine Achse (X) rotierenden Laufrads (IMP) austretenden Prozessfluids (PF) von radial außen nach radial innen, umfassend einen sich ringförmig um die Achse (X) erstreckenden Rückführkanal (BFC), der vier in Strömungsrichtung von dem Prozessfluid (PF) durchströmbare benachbarte Abschnitte (S1, S2, S3, S4) aufweist, wobei ein erster Abschnitt (S1) zur Leitung des Prozessfluids (PF) nach radial außen ausgebildet ist, wobei ein zweiter Abschnitt (S2) zur Umlenkung des Prozessfluids (PF) von radial außen nach radial innen ausgebildet ist, wobei ein dritter Abschnitt (S3) zur Leitung des Prozessfluids (PF) nach radial innen ausgebildet ist, wobei ein vierter Abschnitt (S3) zur Umleitung des Prozessfluids (PF) in axiale Richtung ausgebildet ist, wobei der dritte Abschnitt (S3) erste Leitschaufeln (L1) aufweist, die Strömungskanäle (FC) des Rückführkanals (BFC) in Umfangsrichtung zueinander definieren, wobei die Rückführstufe (BFS) stromabwärts der ersten Leitschaufeln (L1) zweite Leitschaufeln (L2) aufweist, die Strömungskanäle (FC) des Rückführkanals (BFC) in Umfangsrichtung zueinander definieren. Es wird vorgeschlagen, dass die ersten Leitschaufeln (L1) ausschließlich im dritten Abschnitt (S3) angeordnet sind, wobei die zweiten Leitschaufeln (L2) ausschließlich im dritten Abschnitt (S4) angeordnet sind.The invention relates to a return stage (BFS) of a radial turbofluid energy machine (RTFEM), in particular of a radial turbocompressor (RTC), for deflecting a flow direction (FD) of a process fluid (PF) emerging from an impeller (IMP) rotating about an axis (X) from radially on the outside radially inward, comprising an annular passage (BFC) extending around the axis (X) and comprising four adjacent sections (S1, S2, S3, S4) through which flow in the direction of flow of the process fluid (PF), a first section (FIG. S1) is designed to conduct the process fluid (PF) radially outward, wherein a second section (S2) for deflecting the process fluid (PF) is formed from radially outside to radially inside, wherein a third section (S3) for conducting the process fluid ( PF) is formed radially inward, wherein a fourth section (S3) for the diversion of the process fluid (PF) is formed in the axial direction, wherein the third portion (S3 ) comprise first vanes (L1) which define flow channels (FC) of the return duct (BFC) circumferentially to each other, the return stage (BFS) having second vanes (L2) downstream of the first vanes (L1), the flow ducts (FC) of the return duct (BFC) in the circumferential direction to each other. It is proposed that the first guide vanes (L1) are arranged exclusively in the third section (S3), wherein the second guide vanes (L2) are arranged exclusively in the third section (S4).
Description
Die Erfindung betrifft eine Rückführstufe einer Radialturbofluidenergiemaschine, insbesondere eines Radialturboverdichters, zur Umlenkung einer Strömungsrichtung eines aus einem sich um eine Achse rotierenden Laufrads austretenden Prozessfluids von radial außen nach radial innen, umfassend einen sich ringförmig um die Achse erstreckenden Rückführkanal, der vier in Strömungsrichtung benachbarte Abschnitte aufweist, wobei ein erster Abschnitt zur Leitung des Prozessfluids nach radial außen ausgebildet ist, wobei ein zweiter Abschnitt zur Umlenkung des Prozessfluids von radial außen nach radial innen ausgebildet ist, wobei ein dritter Abschnitt zur Leitung des Prozessfluids nach radial innen ausgebildet ist, wobei ein vierter Abschnitt zur Umleitung des Prozessfluids in axiale Richtung ausgebildet ist, wobei der dritte Abschnitt erste Leitschaufeln aufweist, die Strömungskanäle des Rückführkanals in Umfangsrichtung zueinander definieren, wobei die Rückführstufe stromabwärts der ersten Leitschaufeln zweite Leitschaufeln aufweist, die Strömungskanäle des Rückführkanals in Umfangsrichtung zueinander definieren.The invention relates to a recirculation stage of a radial turbofluid energy machine, in particular a radial turbocompressor, for deflecting a flow direction of a process fluid emerging from an impeller rotating about an axis from radially outside to radially inside, comprising an annular channel extending around the axis of the four adjacent adjacent flow direction wherein a first portion for guiding the process fluid is formed radially outward, wherein a second portion for deflecting the process fluid from radially outside to radially inside is formed, wherein a third portion for conducting the process fluid is formed radially inward, wherein a fourth Section is formed for redirecting the process fluid in the axial direction, wherein the third portion comprises first guide vanes, which define flow channels of the return channel in the circumferential direction to each other, the return stage downstream ts of the first vanes second vanes defining the flow channels of the return duct in the circumferential direction to each other.
In einem Radialverdichter (siehe
Eine gattungsgemäße Rückführbeschaufelung ist bereits aus der
Unterschiedliche radiale Leitschaufelerstreckungen bzw. Profilsehnenlängen von benachbarten Leitschaufeln gattungsgemäßer Rückführstufen sind bereits aus der
Different radial Leitschaufelerstreckungen or chord lengths of adjacent vanes generic return stages are already out of the
Die aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen sind wenig kompakt - also verhältnismäßig raumgreifend - und die Durchströmung ist jeweils verhältnismäßig verlustbehaftet. Rückführstufen des Standes der Technik sind außerdem aufwändig in der Fertigung und Montage.The known from the prior art arrangements are not very compact - so relatively large space - and the flow is each relatively lossy. Return stages of the prior art are also complex in manufacturing and assembly.
Ausgehend von dem Problem und Nachteilen des Standes der Technik hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine Rückführstufe der eingangs definierten Art derart weiterzubilden, dass eine weniger raumgreifende Rückführstufe eine weniger verlustbehaftete Strömung erzeugt, die insbesondere besonders drallarm und wirbelarm ist.Based on the problem and disadvantages of the prior art, it has the object of the invention to develop a feedback stage of the type defined in such a way that a less expansive feedback stage generates a less lossy flow, which is particularly particularly low swirl and low vortex.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird eine Rückführstufe der eingangs definierten Art mit den zusätzlichen Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Weiterhin schlägt die Erfindung eine radiale Turbofluidenergiemaschine mit einer derartigen Rückführstufe vor.To achieve the object of the invention, a feedback stage of the type defined above is proposed with the additional features of the characterizing part of patent claim 1. Furthermore, the invention proposes a radial turbofluid energy machine with such a return stage.
Im technischen Sprachgebrauch ist es auch üblich, nur die Kombination aus dem zweiten Abschnitt mit dem dritten Abschnitt als Rückführstufe zu bezeichnen und den ersten Abschnitt als einen in Strömungsrichtung davor befindlichen Diffusor zu definieren. Der vierte Abschnitt wird hierbei auch nicht immer der Rückführstufe zugerechnet. Die Terminologie dieses Dokumentes bezeichnet die vier in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Abschnitte (S1, S2, S3; S4; siehe Figuren) als Rückführstufe. Hierbei ist zu beachten, dass der erste Abschnitt im Rahmen der Erfindung frei gestaltet werden kann, so dass der erste Abschnitt mit oder ohne Schaufeln, im Meriodinalschnitt in Strömungsrichtung zum Beispiel sich aufweitend, konstant oder sich verjüngend ausgebildet sein kann.In technical usage, it is also common to refer to only the combination of the second section with the third section as the return stage and the first section as a downstream in the flow direction Define diffuser. The fourth section is not always attributed to the feedback stage. The terminology of this document designates the four downstream sections (S1, S2, S3, S4, see figures) as the feedback stage. It should be noted that the first section can be designed freely within the scope of the invention, so that the first section with or without blades, in Meriodinalschnitt in the flow direction, for example, can be widening, constant or tapered.
Im Zusammenhang mit der Erfindung sind geometrische Ausdrücke, wie axial, tangential, radial oder Umfangsrichtung stets auf eine Rotationsachse eines Laufrades einer Radialturbofluidenergiemaschine bezogen, falls im unmittelbaren Zusammenhang nichts anderes angegeben ist. Die erfindungsgemäße Rückführstufe hat einen eindeutigen Zusammenhang zu einem derartigen Laufrad, da die Rückführstufe sich stromabwärts des Laufradaustritts bei einem Radialturboverdichter in Umfangsrichtung um das Laufrad herum erstreckt. In der Regel ist die Rückführstufe zumindest hinsichtlich der aerodynamisch relevanten Aspekte der Grenzen des Ringraums der Erfindung rotationssymmetrisch zu der Achse ausgebildet.In the context of the invention, geometric expressions, such as axial, tangential, radial or circumferential direction are always related to a rotational axis of an impeller of a radial turbofan energy machine, unless otherwise specified in the immediate context. The return stage according to the invention has a clear relationship to such an impeller, since the return stage extends circumferentially around the impeller downstream of the impeller outlet in a radial turbocompressor. As a rule, the feedback stage is designed to be rotationally symmetrical with respect to the axis, at least with regard to the aerodynamically relevant aspects of the boundaries of the annular space of the invention.
Die Rückführstufe nach der Erfindung ist in Folge der in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten ersten Leitschaufeln und zweiten Leitschaufeln weniger raumgreifend als eine Rückführstufe, die nicht die beiden Leitschaufelstufen hintereinander aufweist. Eine Ausrichtung der Strömung auf den Eintritt in das stromabwärts nachfolgende Laufrad ist mittels der gestuften Leitschaufelausführung aerodynamisch effizienter.As a result of the first guide vanes and second guide vanes arranged one behind the other in the direction of flow, the return stage according to the invention is less bulky than a return stage which does not have the two guide vanes one behind the other. Alignment of the flow to entry into the downstream succeeding impeller is aerodynamically more efficient by means of the stepped vane design.
Aerodynamisch ermöglicht die Erfindung eine Aufgabenteilung zwischen den beiden Leitschaufelreihen, den ersten Leitschaufeln und den zweiten Leitschaufeln, die besonders effizient ist. Die ersten Leitschaufeln lenken im Wesentlichen die Strömung um und die zweiten Leitschaufeln brechen im Wesentlichen die sich in den ersten Leitschaufeln bildenden Wirbel. Das führt zu einer homogeneren Zuströmung zum nächsten Laufrad und zu einer im Mittel drall-freieren Zuströmung zum nächsten Laufrad.Aerodynamically, the invention enables a task sharing between the two rows of vanes, the first vanes and the second vanes, which is particularly efficient. The first vanes substantially deflect the flow and the second vanes substantially break the vortices forming in the first vanes. This leads to a more homogeneous inflow to the next impeller and to a middle swirl-free inflow to the next impeller.
Die Anordnung der ersten Leitschaufeln und der zweiten Leitschaufeln ausschließlich in dem dritten Abschnitt der Rückführstufe kombiniert eine aerodynamisch vorteilhafte Vorbereitung des Prozessfluids auf das stromabwärts gelegene Laufrad nach der 90°-Umlenkung. Es zeigt sich, dass die in zwei Leitstufen aufgeteilte Strömungsführung im dritten Abschnitt besonders effizient bei der drallfreien Ausrichtung des Prozessfluids arbeitet. Daneben ist die Anordnung der Leitbeschaufelung ausschließlich im dritten Abschnitt besonders fertigungs- und montagefreundlich. Die Anordnung im dritten Abschnitt ermöglicht vorteilhaft eine solide Befestigung des Zwischenbodens an dem Schaufelboden und ist darüber hinaus aufgrund der verhältnismäßig einfachen Geometrie der radialen Rückführung im Bereich des dritten Abschnitts zur Montage und Fertigung der beiden Leitschaufelreihen besonders gut geeignet. Die Erkenntnis der Erfindung besteht insbesondere darin, dass eine Anordnung von Leitschaufeln in benachbarten Bereichen die Neigung für unerwünschte Sekundärströmungen in Folge der Komplexität der weiteren Umlenkung des Prozessfluids verstärkt. Die erfindungsgemäße mehrfache Aufgabenteilung zwischen mehrfacher radialer Umlenkung (180°, 90°-Bögen), Drallbefreiung (erste Leitschaufeln) und Brechen von sich in den ersten Leitschaufeln bildenden Wirbeln (mittels der zweiten Leitschaufeln) ist aerodynamisch besonders effizient. Dadurch, dass die zweiten Leitschaufeln ausschließlich in dem dritten Abschnitt der Rückführstufe angeordnet sind, werden etwaige Wirbel effizient gebrochen und kaum bzw. keine neue Wirbel erzeugt. Auf diese Weise gelangt eine weitestgehend drallfreie und wirbelfreie Strömung in den vierten Abschnitt der Rückführstufe und kann an dieser Stelle von sonstigen aerodynamischen Maßnahmen unbeeinflusst in die Axialrichtung zum Eintritt in das stromabwärts befindliche Laufrad umgelenkt werden.The arrangement of the first vanes and the second vanes exclusively in the third section of the recirculation stage combines aerodynamically advantageous preparation of the process fluid to the downstream impeller after the 90 ° turn. It can be seen that the flow guidance in the third section, which is divided into two guide stages, works particularly efficiently in the swirl-free alignment of the process fluid. In addition, the arrangement of the Leitbeschaufelung exclusively in the third section is particularly easy to manufacture and easy to install. The arrangement in the third section advantageously allows for a solid attachment of the false bottom to the blade bottom and is also particularly well suited due to the relatively simple geometry of the radial feedback in the region of the third section for mounting and manufacturing the two rows of vane. The finding of the invention is, in particular, that an arrangement of guide vanes in adjacent regions increases the tendency for undesirable secondary flows due to the complexity of the further deflection of the process fluid. The multiple task separation according to the invention between multiple radial deflection (180 °, 90 ° bends), swirl relief (first vanes) and breakage of vortices (in the second vanes) forming in the first vanes is particularly aerodynamically efficient. The fact that the second guide vanes are arranged exclusively in the third section of the return stage, any vortex are broken efficiently and hardly or no new vortex generated. In this way, a largely swirl-free and eddy-free flow enters the fourth section of the return stage and can be deflected at this point unaffected by other aerodynamic measures in the axial direction for entry into the downstream impeller.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Austrittskantendurchmesser der ersten Leitschaufeln in einem Verhältnis zu einem Eintrittskantendurchmesser der ersten Leitschaufeln zwischen
- D2: Eintrittskantendurchmesser der ersten Leitschaufeln,
- D3: Austrittskantendurchmesser der ersten Leitschaufeln.
- D2: inlet edge diameter of the first guide vanes,
- D3: outlet edge diameter of the first guide vanes.
Diese Anordnung erweist sich als besonders günstig zur Erreichung von Drall- und Wirbelfreiheit am Austritt der Rückführstufe. Eine andere vorteilhafte Weiterbildung zur Befreiung von Wirbeln und Drall sieht vor, dass die ersten Leitschaufeln einen Metallaustrittswinkel zur Radialrichtung aufweisen mit:
L1EA: Metallaustrittswinkel der ersten Leitschaufeln (L1) zur Radialrichtung.This arrangement proves to be particularly favorable to the achievement of swirl and vortex freedom at the exit of the return stage. Another advantageous development for the liberation of vortices and swirls provides that the first guide vanes have a metal outlet angle to the radial direction with:
L1EA: Metal exit angle of the first vanes (L1) to the radial direction.
Die zweiten Leitschaufeln können nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung derart angeordnet werden, dass ein Eintrittskantendurchmesser der zweiten Leitschaufeln in einem Verhältnis zu einem Austrittskantendurchmesser der ersten Leitschaufeln zwischen
- D3: Austrittskantendurchmesser der ersten Leitschaufeln
- D4: Eintrittskantendurchmesser der zweiten Leitschaufeln.
- D3: outlet edge diameter of the first guide vanes
- D4: leading edge diameter of the second vanes.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Schaufelüberdeckung von Leitschaufeln jeweils definiert ist als ein Quotient aus einer mittleren Profilsehnenlänge und einem mittleren Bogenlängenabstand in Umfangsrichtung der zueinander benachbarten Schaufeln, wobei für die zweiten Leitschaufeln eine Überdeckung
- RAS: Profilsehnenlänge
- CDT: Bogenlängenabstand.
- RAS: profile chord length
- CDT: arc length distance.
In diesem Zusammenhang ist es besonders sinnvoll, wenn die Rückführstufe gleich viele erste Leitschaufeln und zweite Leitschaufeln aufweist.In this context, it is particularly useful if the return stage has the same number of first vanes and second vanes.
Damit die zweiten Leitschaufeln nach eine vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung als Wirbelbrecher besonders effizient arbeiten, ist es zweckmäßig, wenn die zweiten Leitschaufeln eine Differenz zwischen einem mittleren Metalleintrittswinkel und mittleren Metallaustrittswinkel aufweisen, für die gilt:
Besonders bevorzugt ist die Differenz zwischen dem mittleren Metalleintrittswinkel und mittleren Metallaustrittswinkel Null. Daneben ist es auch vorteilhaft, wenn die ersten Leitschaufeln und/oder zweiten Leitschaufeln zylindrisch ausgebildet sind.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass genau eine zweite Leitschaufel stromabwärts in Umfangsrichtung zwischen den beiden nächstgelegenen ersten Leitschaufeln angeordnet ist.Particularly preferred is the difference between the mean metal entry angle and mean metal exit angle zero. In addition, it is also advantageous if the first guide vanes and / or second guide vanes are cylindrical.
Another advantageous development of the invention provides that exactly one second guide vane is arranged downstream in the circumferential direction between the two closest first guide vanes.
Eine in Umfangsrichtung versetzte zweite Leitschaufelstufe bzw. die Anordnung der zweiten Leitschaufeln in Umfangsrichtung asymmetrisch zu den Austrittskanten der ersten Leitschaufeln führt zu einer Verringerung der aerodynamischen Verluste des Prozessfluids bei der Durchströmung der Rückführstufe.A circumferentially offset second vane stage or the arrangement of the second vanes in the circumferential direction asymmetrically to the outlet edges of the first vanes leads to a reduction of the aerodynamic losses of the process fluid in the flow through the return stage.
Die Neuausrichtung und Umlenkung des Prozessfluids stromabwärts des Austritts aus einem Laufrad hin zu dem Eintritt des stromabwärts nachfolgenden Laufrades ist nach der Erfindung besonders verlustarm und wenig raumgreifend. Die Bogenlänge, die in Umfangsrichtung den Abstand zwischen den zwei Austrittskanten benachbarter erster Leitschaufeln charakterisiert, wird von dem radialen Strahl durch die Eintrittskante der in Umfangsrichtung zwischen den beiden ersten Schaufeln angeordneten zweiten Leitschaufeln in einem druckseitigen Abschnitt und einem saugseitigen Abschnitt geteilt.The realignment and redirection of the process fluid downstream of the exit from an impeller to the entrance of the downstream impeller following the invention is particularly low loss and little space. The arc length circumferentially characterizing the distance between the two exit edges of adjacent first vanes is shared by the radial jet through the leading edge of the second vanes circumferentially disposed between the first two vanes in a pressure-side portion and a suction-side portion.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zweiten Leitschaufeln derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die stromabwärts zwischen den beiden ersten Leitschaufeln angeordnete zweite Leitschaufel in Umfangsrichtung näher an der Saugseite der benachbarten ersten Leitschaufel angeordnet ist als an der Druckseite der anderen benachbarten ersten Leitschaufel.A particularly advantageous embodiment of the invention provides that the second guide vanes are designed and arranged such that the second guide blade arranged downstream between the two first guide vanes is arranged in the circumferential direction closer to the suction side of the adjacent first guide vane than on the pressure side of the other adjacent first vane Vane.
Es hat sich gezeigt, dass die Aufteilung der Bogenlänge, die in Umfangsrichtung den Abstand zwischen den zwei Austrittskanten benachbarter erster Leitschaufeln charakterisiert, besonders vorteilhaft ist, wenn das Verhältnis des saugseitigen Abschnitts zu der gesamten Bogenlänge zwischen 0,4 - 0,6 (0,4<SSD/BLD<0,6) liegt. Dieser charakteristische Versatz hin zu der Saugseite einer ersten Leitschaufel, die in Umfangsrichtung den Strömungskanal definiert, führt zu einer turbolenzfreien und weniger ablösungsbehafteten Durchströmung, die besonders verlustarm ist.It has been found that the division of the arc length, which in the circumferential direction characterizes the distance between the two exit edges of adjacent first guide vanes, is particularly advantageous when the ratio of the suction-side portion to the total arc length is between 0.4 and 0.6 (0, 4 <SSD / BLD <0.6). This characteristic offset towards the suction side of a first vane, which defines the flow channel in the circumferential direction, leads to a turbulence-free and less dissolution-dependent flow, which is particularly low loss.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
- Figur 1
- einen Längsschnitt in schematischer Darstellung durch den Strömungskanal einer Radialturbofluidenergiemaschine am Beispiel eines Einwellenverdichters,
- Figur 2
- ein Detail der
Figur 1 , das inFigur 1 mit II ausgewiesen ist, - Figur 3
- einen Schnitt durch einen dritten Abschnitt der Rückführstufe gemäß dem in
Figur 2 mit III-III ausgewiesenen Schnitt in einer Radialebene an der axialen Position des dritten Abschnitts.
- FIG. 1
- a longitudinal section in a schematic representation through the flow channel of a radial turbofluid energy machine using the example of a single-shaft compressor,
- FIG. 2
- a detail of
FIG. 1 , this inFIG. 1 with II, - FIG. 3
- a section through a third portion of the return stage according to the in
FIG. 2 with III-III designated section in a radial plane at the axial position of the third section.
Auf diese Achse X sind sämtliche Angaben dieser Beschreibung, wie axial, radial, tangential oder Umfangsrichtung bezogen. Die Laufräder IMP saugen das Prozessfluid PF jeweils im Wesentlichen axial an und befördern dieses beschleunigt nach radial außen. Nach dem Austritt aus dem Laufrad IMP gelangt das Prozessfluid PF in eine Rückführstufe BFS umfassend einen Rückführkanal BFC.On this axis X all the information in this description, such as axial, radial, tangential or circumferential direction are related. The impellers IMP suck in each case the process fluid PF substantially axially and convey this accelerated radially outward. After exiting the impeller IMP, the process fluid PF enters a return stage BFS comprising a return channel BFC.
Die
Nur in dem dritten Abschnitt S3 sind erste Leitschaufeln L1 und zweite Leitschaufeln L2 angeordnet. Die ersten Leitschaufeln haben eine Eintrittskante L1LE und eine Austrittskante L1TE. Die zweiten Leitschaufeln L2 haben eine Eintrittskante L2LE und eine Austrittskante L2TE. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich die Eintrittskante L2LE der zweiten Leitschaufel L2 in einem Radialabschnitt RAD stromabwärts und auf einem kleineren Radius als die Austrittskanten L1TE der ersten Leitschaufeln L1 - diese Anordnung ist nach der Erfindung bevorzugt. Dem Umfang der Erfindung sind ebenfalls Ausführungsformen zuzurechnen, bei denen dieser Radialabschnitt RAD null ist oder die Eintrittskanten L2LE sich in dem Radialbereich der ersten Leitschaufeln L1 befinden.Only in the third section S3 are first vanes L1 and second vanes L2 arranged. The first vanes have an entrance edge L1LE and a exit edge L1TE. The second vanes L2 have an entrance edge L2LE and an exit edge L2TE. In this preferred embodiment, the leading edge L2LE of the second vane L2 is located in a radial portion RAD downstream and at a smaller radius than the trailing edges L1TE of the first vanes L1 - this arrangement is preferred according to the invention. The scope of the invention also includes embodiments in which this radial section RAD is zero or the entry edges L2LE are located in the radial region of the first guide vanes L1.
Die Leitschaufeln L1, L2, ein Strömungskanal FC in Umfangsrichtung zwischen zwei ersten Leitschaufeln L1 ist jeweils durch eine druckseitig PSL1 einer ersten Leitschaufel L1 und eine Saugseite SSL1 einer anderen ersten Leitschaufel L1 definiert. In einer radial sich erstreckenden Ebene (Zeichnungsebene der
Die
Claims (12)
umfassend einen sich ringförmig um die Achse (X) erstreckenden Rückführkanal (BFC),
der vier in Strömungsrichtung von dem Prozessfluid (PF) durchströmbare benachbarte Abschnitte (S1, S2, S3, S4) aufweist,
wobei ein erster Abschnitt (S1) zur Leitung des Prozessfluids (PF) nach radial außen ausgebildet ist,
wobei ein zweiter Abschnitt (S2) zur Umlenkung des Prozessfluids (PF) von radial außen nach radial innen ausgebildet ist,
wobei ein dritter Abschnitt (S3) zur Leitung des Prozessfluids (PF) nach radial innen ausgebildet ist,
wobei ein vierter Abschnitt (S3) zur Umleitung des Prozessfluids (PF) in axiale Richtung ausgebildet ist,
wobei der dritte Abschnitt (S3) erste Leitschaufeln (L1) aufweist, die Strömungskanäle (FC) des Rückführkanals (BFC) in Umfangsrichtung zueinander definieren,
wobei die Rückführstufe (BFS) stromabwärts der ersten Leitschaufeln (L1) zweite Leitschaufeln (L2) aufweist, die Strömungskanäle (FC) des Rückführkanals (BFC) in Umfangsrichtung zueinander definieren,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Leitschaufeln (L1) ausschließlich im dritten Abschnitt (S3) angeordnet sind,
wobei die zweiten Leitschaufeln (L2) ausschließlich im dritten Abschnitt (S4) angeordnet sind.Return stage (BFS) of a radial turbofluid energy machine (RTFEM), in particular a radial turbocompressor (RTC), for deflecting a flow direction (FD) of a process fluid (PF) emerging from an impeller (IMP) rotating about an axis (X) from radially outside to radially inside .
comprising a return passage (BFC) extending annularly about the axis (X),
has four adjacent sections (S1, S2, S3, S4) which can flow in the direction of flow of the process fluid (PF),
wherein a first portion (S1) for conducting the process fluid (PF) is formed radially outward,
wherein a second section (S2) is designed to deflect the process fluid (PF) from radially outside to radially inside,
wherein a third section (S3) for the conduction of the process fluid (PF) is formed radially inward,
wherein a fourth section (S3) is designed to divert the process fluid (PF) in the axial direction,
the third section (S3) having first guide vanes (L1) which define flow channels (FC) of the return passage (BFC) in the circumferential direction to each other,
wherein the recirculation stage (BFS) has second guide vanes (L2) downstream of the first guide vanes (L1), which define flow channels (FC) of the return passage (BFC) in the circumferential direction to each other,
characterized in that
the first guide vanes (L1) are arranged exclusively in the third section (S3),
wherein the second guide vanes (L2) are arranged exclusively in the third section (S4).
wobei ein Austrittskantendurchmesser (D3) der ersten Leitschaufeln (L1) in einem Verhältnis zu einem Eintrittskantendurchmesser (D2) der ersten Leitschaufeln (L1) zwischen
wherein an exit edge diameter (D3) of the first guide vanes (L1) is in proportion to an entry edge diameter (D2) of the first guide vanes (L1)
wobei die ersten Leitschaufeln (L1) einen Metallaustrittswinkel (L2EA) zur Radialrichtung (RAD) aufweisen mit:
mit
L1EA: Metallaustrittswinkel der ersten Leitschaufeln (L1) zur Radialrichtung (RAD).Return stage (BFS) according to at least one of the preceding claims 1 or 2,
wherein the first vanes (L1) have a metal exit angle (L2EA) to the radial direction (RAD) with:
With
L1EA: Metal exit angle of the first vanes (L1) to the radial direction (RAD).
wobei ein Eintrittskantendurchmesser (D4) der zweiten Leitschaufeln (L2) in einem Verhältnis zu einem Austrittskantendurchmesser (D3) der ersten Leitschaufeln (L1) zwischen
wherein an entrance edge diameter (D4) of said second vanes (L2) in a ratio to an exit edge diameter (D3) of said first vanes (L1) is between
wobei eine Schaufelüberdeckung (QST) von Leitschaufeln (L1, L2) jeweils definiert ist als ein Quotient aus einer mittleren Profilsehnenlänge (RAS) und einem mittleren Bogenlängenabstand (CDT) in Umfangsrichtung (CD) der zueinander benachbarten Schaufeln, wobei für die zweiten Leitschaufeln (L2) eine Überdeckung
wherein a blade overlap (QST) of vanes (L1, L2) is defined as a quotient of a mean chord length (RAS) and a mean arc distance (CDT) in the circumferential direction (CD) of the mutually adjacent blades, wherein for the second vanes (L2 ) an overlap
wobei die zweiten Leitschaufeln (L2) eine Differenz (DL2A) zwischen einem mittleren Metalleintrittswinkel (L2IA) und mittleren Metallaustrittswinkel (L2EA) aufweisen, für die gilt:
wherein the second vanes (L2) have a difference (DL2A) between a mean metal entry angle (L2IA) and mean metal exit angle (L2EA), for which:
wobei die Rückführstufe (BFS) gleich viele erste Leitschaufeln (L1) und zweite Leitschaufeln (L2) aufweist.Return stage (BFS) according to at least one of the preceding claims 1 to 6,
wherein the return stage (BFS) has the same number of first guide vanes (L1) and second guide vanes (L2).
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP17161002.5A EP3376041A1 (en) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | Return stage and radial turbo fluid energy machine |
CN201880018548.5A CN110418896B (en) | 2017-03-15 | 2018-02-06 | Return stage and radial turbine fluid energy machine |
US16/488,876 US10989202B2 (en) | 2017-03-15 | 2018-02-06 | Backfeed stage and radial turbo fluid energy machine |
EP18707245.9A EP3568597B1 (en) | 2017-03-15 | 2018-02-06 | Return stage and radial turbo fluid energy machine |
PCT/EP2018/052852 WO2018166716A1 (en) | 2017-03-15 | 2018-02-06 | Backfeed stage and radial turbo fluid energy machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP17161002.5A EP3376041A1 (en) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | Return stage and radial turbo fluid energy machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP3376041A1 true EP3376041A1 (en) | 2018-09-19 |
Family
ID=58347182
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP17161002.5A Withdrawn EP3376041A1 (en) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | Return stage and radial turbo fluid energy machine |
EP18707245.9A Active EP3568597B1 (en) | 2017-03-15 | 2018-02-06 | Return stage and radial turbo fluid energy machine |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP18707245.9A Active EP3568597B1 (en) | 2017-03-15 | 2018-02-06 | Return stage and radial turbo fluid energy machine |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10989202B2 (en) |
EP (2) | EP3376041A1 (en) |
CN (1) | CN110418896B (en) |
WO (1) | WO2018166716A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018173020A (en) * | 2017-03-31 | 2018-11-08 | 三菱重工業株式会社 | Centrifugal compressor |
EP3798453A1 (en) | 2019-09-26 | 2021-03-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Flow control of a radial turbomachine, recirculation stage, radial turbomachine, and method of manufacture |
US20230375005A1 (en) * | 2020-09-23 | 2023-11-23 | Hitachi Industrial Products, Ltd. | Centrifugal compressor |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE723824C (en) | 1935-05-27 | 1942-08-11 | Escher Wyss Maschf Ag | Multi-stage centrifugal compressor or multi-stage centrifugal pump |
US2300766A (en) * | 1940-05-10 | 1942-11-03 | Bbc Brown Boveri & Cie | Multistage centrifugal compressor |
JPH11173299A (en) | 1997-12-05 | 1999-06-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Centrifugal compressor |
JP2001200797A (en) * | 2000-01-17 | 2001-07-27 | Hitachi Ltd | Multistage centrifugal compressor |
JP2009264305A (en) * | 2008-04-28 | 2009-11-12 | Hitachi Appliances Inc | Centrifugal compressor and turbo refrigerating machine using the same |
WO2015072231A1 (en) * | 2013-11-12 | 2015-05-21 | 株式会社日立製作所 | Centrifugal turbomachine |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0244516A (en) | 1988-08-05 | 1990-02-14 | Mitsubishi Electric Corp | Magnetic head |
CA2324533A1 (en) * | 2000-10-27 | 2002-04-27 | Carl Hunter | Oxygen enrichment in diesel engines |
JP2010185361A (en) * | 2009-02-12 | 2010-08-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Centrifugal compressor |
DE112011102931B4 (en) | 2010-09-02 | 2022-06-15 | Borgwarner Inc. | Compressor recirculation in annular volume |
CN102678590B (en) * | 2011-03-07 | 2015-08-12 | 中国科学院工程热物理研究所 | Ultra-compact high pressure ratio oblique flow-centrifugal combined compressor structure |
DE102014226195A1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Radial turbo fluid energy machine |
DE102016203305A1 (en) * | 2016-03-01 | 2017-09-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Return stage, radial turbofan energy machine |
-
2017
- 2017-03-15 EP EP17161002.5A patent/EP3376041A1/en not_active Withdrawn
-
2018
- 2018-02-06 CN CN201880018548.5A patent/CN110418896B/en not_active Expired - Fee Related
- 2018-02-06 US US16/488,876 patent/US10989202B2/en active Active
- 2018-02-06 EP EP18707245.9A patent/EP3568597B1/en active Active
- 2018-02-06 WO PCT/EP2018/052852 patent/WO2018166716A1/en active Search and Examination
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE723824C (en) | 1935-05-27 | 1942-08-11 | Escher Wyss Maschf Ag | Multi-stage centrifugal compressor or multi-stage centrifugal pump |
US2300766A (en) * | 1940-05-10 | 1942-11-03 | Bbc Brown Boveri & Cie | Multistage centrifugal compressor |
JPH11173299A (en) | 1997-12-05 | 1999-06-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Centrifugal compressor |
JP2001200797A (en) * | 2000-01-17 | 2001-07-27 | Hitachi Ltd | Multistage centrifugal compressor |
JP2009264305A (en) * | 2008-04-28 | 2009-11-12 | Hitachi Appliances Inc | Centrifugal compressor and turbo refrigerating machine using the same |
WO2015072231A1 (en) * | 2013-11-12 | 2015-05-21 | 株式会社日立製作所 | Centrifugal turbomachine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110418896A (en) | 2019-11-05 |
US10989202B2 (en) | 2021-04-27 |
US20200025205A1 (en) | 2020-01-23 |
EP3568597B1 (en) | 2020-09-16 |
WO2018166716A1 (en) | 2018-09-20 |
EP3568597A1 (en) | 2019-11-20 |
CN110418896B (en) | 2020-10-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0690206B1 (en) | Diffusor for a turbomachine | |
DE60016937T2 (en) | ANTI-SWIVEL SYSTEM FOR CIRCULAR COMPRESSORS | |
DE60211061T2 (en) | Axial turbine with one stage in a discharge channel | |
EP1789653B1 (en) | Rotor for a power plant | |
DE10037684A1 (en) | Low pressure steam turbine with multi-channel diffuser | |
DE102015219556A1 (en) | Diffuser for radial compressor, centrifugal compressor and turbo machine with centrifugal compressor | |
DE112007002564T5 (en) | Diffuser and exhaust system for turbine | |
EP0903468A1 (en) | Shroud for an axial turbine | |
DE102009019061A1 (en) | Multistage centrifugal compressor | |
EP3551889B1 (en) | Return channel of a multistage compressor or expander with twisted vanes | |
EP3551890B1 (en) | Recirculation stage | |
EP3568597B1 (en) | Return stage and radial turbo fluid energy machine | |
EP0799973A1 (en) | Wall contour for an axial turbomachine | |
EP2993357A2 (en) | Radial compressor stage | |
EP2652337A1 (en) | Axial compressor | |
EP3390832B1 (en) | Backfeed stage of a radial turbo fluid energy machine | |
EP3032032B1 (en) | Outlet guide vanes and turbofan with outlet guide vanes | |
EP3698021B1 (en) | Diffuser assembly for exhaust turbine | |
DE102013001231B4 (en) | Exhaust gas routing of an exhaust gas turbine for a turbocompound system and turbocompound system | |
DE102014212909A1 (en) | Flow deflection in a turbomachine | |
DE102016208265A1 (en) | Return stage, radial turbocompressor | |
EP3682119A1 (en) | Diffuser for a radial compressor | |
DE102019108811B4 (en) | Rotor blade of a turbomachine | |
EP4015832A1 (en) | Static flow guide, radial turbomachine | |
EP4088038A1 (en) | Outflow region of a compressor, compressor having an outflow region of said type, and turbocharger having the compressor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: BA ME |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20190320 |