CH680010A5 - - Google Patents

Description

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CH 680 010 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Radialkompressor mit einem radial durchströmten Laufrad und einem ringförmigen, das Laufrad peripher umgebenden stationären Diffusor mit Leitschaufeln und einem die Leitschaufeln umgebenden Umlenkraum zur Lenkung der aus dem Diffusor austretenden Strömung zu mindestens einem Strömungsaustritt.

Solche Radialkompressoren sind beispielsweise aus der CH 663 447 bekannt. Dabei dienen der das Laufrad umgebende Diffusor und dessen Leitschaufeln zur Umwandlung der Strömungsenergie am peripheren Austritt des Laufrades in Druck mit möglichst geringem Verlust. Bei diesen vorbekannten Radialkompressoren sind die Leitschaufeln des Diffusore etwa in Achsenrichtung des Laufrades, jedoch geneigt zur Radialrichtung orientiert. Dabei nimmt die Neigung dieser Leitschaufeln von der Innenzone am Austritt des Laufrades zur Aussenzo-ne hin ständig zu, so dass die aus dem Laufrad am Aussenrand mit radialer Komponente austretende Strömung eine zunehmende periphere Komponente, d.h. einen zunehmenden Drall erhält und tangential in den aussen an die Leitschaufeln anschliessenden Umlenkraum geführt wird. Dieser Umlenkraum ist entsprechend spiralförmig und sich in Strömungsrichtung ständig erweiternd gestaltet und weist einen tangential orientierten Strömungsaustritt auf.

Nachteilig ist hierbei zunächst, dass infolge der tangentialen Anordnung des Strömungsaustritts ein bei grossen Maschinen erhebliches Drehmoment, verursacht durch Stutzenkräfte auftreten kann, welches auf das Fundament und auf andere mit dem Kompressor verbundene Anlagenteile infolge Hebelwirkung eine störende unsymmetrische Beanspruchung ausübt. Insbesondere ist es jedoch nachteilig, dass ein langer, sich allmählich verbreiternder Austrittsstutzen an der Austrittsspirale vorgesehen sein muss, um eine genügende Verzögerung zum Druckgewinn und damit eine hinreichende Energierückgewinnung zu erhalten, was die Baulänge vergrössert. Vor allem aber wird bei diesen vorbekannten Diffusoren mit spiralförmigem Umlenkraum lediglich die tangentiale Strömungskomponente in der Spirale gesammelt und der Energierückgewinnung zugeführt, während die radiale Komponente lediglich zur Verwirbelung und Drallerzeugung führt und dessen Energie damit verlorengeht.

Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die genannten Nachteile vorbekannter Radialkompressoren zu vermeiden und insbesondere bei Radialkompressoren der eingangs genannten Art störende Drehmomente im Betrieb zu vermeiden und die Energierückgewinnung aus der Strömung zu verbessern.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Leitschaufeln des Diffusore in einer inneren, an das Laufrad anschliessenden Zone gegen die Radialrichtung geneigt sind, dass die Leitschaufeln in einer aussen anschliessenden Zone eine abnehmende Neigung gegen die Radialrichtung aufweisen und am Aussenumfang wenigstens angenähert in Radialrichtung orientiert sind, dass der

Umlenkraum angenähert spiegelsymmetrisch bezüglich einer die Laufradachse enthaltenden Ebene ausgebildet ist und dass der Strömungsaustritt aus dem Umlenkraum in Radialrichtung senkrecht zur Laufradachse orientiert ist.

Bei einer solchen Anordnung wird ausgenützt, dass die Strömung am Aussenrand des Diffusore vorzugsweise radial verläuft und die Verzögerung der radialen Strömung bereits in dem die Leitschaufeln des Diffusore umgebenden Umlenkraum stattfindet. Da hierbei nahezu keine tangentiale Strömungskomponente auftritt, wird nahezu die gesamte Strömungsenergie zur Energierückgewinnung genutzt. Daher ist kein verlängerter Austrittsstutzen zur Verzögerung erforderlich. Da ausserdem der Strömungsaustritt rein radial orientiert ist, anstatt tangential, wird ein Drehmoment im Betrieb von vornherein vermieden.

Die Erfindung wird anhand der in den beiliegenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Radialkompressor im Axialschnitt und

Fig. 2 einen Schnitt in einer Ebene senkrecht zur Laufradachse durch den Diffusor und Umlenkraum.

Bei dem in den Figuren in zwei zueinander senkrechten Schnittebenen dargestellten Radialkompressor läuft in einem Gehäuse 1 ein Laufrad 2 um, dessen Welle von einem Motor 3 angetrieben wird und dessen Laufschaufeln 4 ein durch den Eintritt 5 axial eintretendes, zu komprimierendes Gas in Radialrichtung R nach aussen beschleunigen.

Das Laufrad ist an seinem Aussenrand von einem Diffusor 6 umgeben, welcher zwei zur Achse A des Laufrades senkrechte Platten 7 und 8 aufweist, zwischen denen eine Anzahl von parallel zur Achsenrichtung A orientierte Leitschaufeln 9, 10 angeordnet sind. Diese Leitschaufeln sind in ihrem inneren Teil 9, in einer an den Aussenkranz des Laufrades 2 bzw. der Laufschaufeln 4 anschliessenden Zone Zi zur Radialrichtung R geneigt, und zwar etwa entsprechend der Richtung der aus dem Laufrad austretenden Strömung. Dagegen ist der äussere Teil 10 der Leitschaufeln in der sich aussen anschliessenden Zone Za des Diffusore so gestaltet, dass die Neigung der Leitschaufeln 10 gegen die Radialrichtung R nach aussen allmählich abnimmt und am Aussenrand 11 des Diffusore wenigstens angenähert Null ist, d.h., dass die äusseren Enden der Laufschaufeln 10 praktisch in Radialrichtung R orientiert sind. Damit wird erreicht, dass die aus dem Diffusor am äusseren Rand 11 austretende Strömung über den gesamten Umfang angenähert radial gerichtet ist, ohne wesentliche tangentiale Komponente.

Der Diffusor 6 ist aussen von einem vorzugsweise torusförmigen oder zylinderringförmigen Umlenkraum 12 umgeben, in den das durch das Laufrad beschleunigte und durch die Leitschaufeln 9 und 10 in ihrer Richtung gelenkte Gas einströmt und sich bei der Radialbewegung nach aussen verzögert. Der Umlenkraum 12 ist bezüglich einer die Laufradachse A enthaltenden Ebene R' angenähert spie5

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gelsymmetrisch ausgebildet. An einer Seite des Gehäuses mündet der Umlenkraum 12 in einen oder mehrere Strömungsaustritte 13, welche rein radial orientiert sind. Diese Anordnung bewirkt, dass das radial in den Umlenkraum 12 einströmende Gas nach weitgehender Verzögerung an beiden Seiten symmetrisch zueinander entlang den Wänden des ringförmigen Umlenkraumes 12 in Richtung zum Strömungsaustritt 13 gelenkt wird. Zur Trennung der Strömungen beidseits der Symmetrieebene können im Umlenkraum 12 flügelartige Wände 14 vorgesehen sein, welche sich in der Symmetrieebene in Richtung zum Strömungsaustritt 13 und in Gegenrichtung erstrecken. Gegebenenfalls kann auf diese Flügel jedoch auch verzichtet werden.

Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, dass die Strömung aus dem Diffusor im wesentlichen ohne tangentiale Komponente austritt, dass die vorzugsweise radial gerichtete Strömung unmittelbar nach dem Diffusor im Umlenkraum umgelenkt und verzögert wird und dass das sich bereits langsam bewegende Gas in einer symmetrischen Strömung zu einem rein radial orientierten Strömungsaustritt fliesst. Dies hat zur Folge, dass die Energierückgewinnung aus der Strömung markant verbessert ist, da praktisch kaum Strömungsanteile als Wirbelverluste verlorengehen. Die Verzögerung und Sammlung des ausströmenden Gases erfolgt auf möglichst kurzem Wege, so dass kein verlängerter Austrittsstutzen erforderlich ist. Zudem werden durch die symmetrische Strömung und den radial orientierten Strömungsaustritt Drehmomente im Betrieb von vornherein vermieden.

Zur Erreichung einer optimalen Energierückgewinnung hat es sich als zweckmässig erwiesen, die Abmessungen der inneren und der äusseren Leitschaufelzone 9 bzw. 10 des Diffusore so zu wählen, dass der Aussendurchmesser Di der inneren Zone etwa das 1,3- bis 1,7fache des Laufraddurchmessers Dr, der Aussendurchmesser Da der äusseren Zone 10 etwa das 1,7- bis 2,5fache des Laufraddurchmessers Dr, und der Aussendurchmesser De des Umlenkraumes etwa das 2,3- bis 3fache des Laufraddurchmessers Dr beträgt.

Die inneren Leitschaufeln 9 und die äusseren Leitschaufeln 10 können als voneinander getrennte Schaufelreihen ausgeführt sein. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenigstens einen Teil der äusseren Schaufeln 10 mit entsprechenden inneren Schaufeln 9 in einem Stück auszuführen. Die Anzahl der äusseren Schaufeln kann von der der inneren Schaufein verschieden sein, z.B. in der Aus-senzone Za grösser als in der Innenzone Zi. Vorteilhaft ist es, wie in Fig. 2 gezeigt, wenn ein Teil der Leitschaufeln einstückig die innere Zone Di und äussere Zone Da durchsetzt, wobei sich in der äusseren Zone Da zwischen diesen langen Leitschaufeln 10 kürzere Leitschaufeln 10' befinden.

Um eine optimale Strömungsverzögerung und Energierückgewinnung zu erreichen, ist die Breite B des Umlenkraumes 12 in Achsenrichtung grösser als die Breite b des Diffusore 6.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Radialkompressor mit einem radial durchströmten Laufrad (4) und einem ringförmigen, das Laufrad (4) peripher umgebenden stationären Diffusor (6) mit Leitschaufeln (9, 10) und mindestens einem die Leitschaufeln umgebenden Umlenkraum (12) zur Lenkung der aus dem Diffusor (6) austretenden Strömung zu einem Strömungsaustritt (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (9) des Diffusore (6) in einer inneren an das Laufrad (2) anschliessenden Zone (Zi) gegen die Radialrichtung (R) geneigt sind, dass die Leitschaufeln (10, 10') in einer aussen anschliessenden Zone (Za) eine abnehmende Neigung gegen die Radialrichtung (R) aufweisen und am Aussenumfang (11) wenigstens angenähert in Radiairichtung (R) orientiert sind, dass der Umlenkraum (12) angenähert spiegelsymmetrisch bezüglich einer die Laufradachse (A) enthaltenden Ebene (R') ausgebildet ist und dass der Strömungsaustritt (13) aus dem Umlenkraum (12) in Radialrichtung (R) senkrecht zur Laufradachse orientiert ist.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Leitschaufeln (10) der äusseren Zone (Za) des Diffusore (6) mit entsprechenden Leitschaufeln (9) der inneren Zone (Zi) einstückig ausgebildet ist.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einstückig ausgebildeten Leitschaufeln (9, 10) weitere Leitschaufeln (10') angeordnet sind, welche sich nur in der äusseren Zone (Za) des Diffusore (6) erstrecken.

4. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Durchmesser (Di) der inneren Leitschaufelzone (Zi) das 1,3- bis 1,7fache des Laufraddurchmessers (Dr) beträgt.

5. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser (Da) der äusseren Leitschaufelzone (Zo) das 1,7- bis 2,5fache des Laufraddurchmessers (Dr) beträgt.

6. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser (De) des Umlenkraumes (12) das 2,3- bis 3fache des Laufraddurchmessers (Dr) beträgt.

7. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkraum (12) durch in der Symmetrieebene (R') angeordnete Flügel (14) in zwei getrennte, spiegelsymmetrische Hälften geteilt ist, wobei ein Flügel (14) in Richtung zum Strömungsaustritt (13) weist und der andere Flügel (14') in die entgegengesetzte Richtung.

8. Kompressor nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet dass die Breite (B) des Umlenkraumes (12) in Achsenrichtung grösser ist als die Breite (b) des Diffusore (6).

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