DE2428969A1

DE2428969A1 - Auslass-diffusor fuer kreiselverdichter

Info

Publication number: DE2428969A1
Application number: DE2428969A
Authority: DE
Inventors: Sven-Olof Kronogaard
Original assignee: TURBOKONSULT AB
Current assignee: TURBOKONSULT AB
Priority date: 1973-06-18
Filing date: 1974-06-15
Publication date: 1975-01-09
Also published as: JPS5912880B2; FR2233510A1; FR2233510B1; SE7308491L; IT1013462B; SE382342B; US3930746A; JPS5032506A; GB1459260A

Description

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TTJEBOKONSULT AB, 20110 Malmö, Schweden

Auslass-Diffusor für Kreiselverdichter

Kreiselverdichter sind häufig mit Auslass-Diffusoren ausgestattet, die schaufellos oder Geschaufelt sein können. Ein übliches' Beispiel für die erste Bauart ist der sogenannte Röhrendiffusor, der grundsätzlich aus einer Anzahl geneigter radialer Strömungskanäle besteht, die beispielsweise durch Bohren oder Fräsen in einer ebenen Scheibe gebildet sind. Die meisten Röhrendiffusoren sind in der Herstellung aufgrund der erforderlichen hohen Präzision sehr teuer und es ist ausserdein sehr schwierig, die nahezu ines-serkanfenförmigen Abschnitte zwischen den Eintritten zweier benachbarter Strömungskanäle zu bearbeiten. Da die Diffusoren ausserdeta häufig aus Leichtmetall bestehen, erfolgt durch Sand oder sonstige Fremdkörper, die das am Verdichtereintritt normalerweise angeordnete Filter passieren, eine sehr rasche Abnützung dieser kantenförmigen Bereiche. Wenn der Diffusor

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ausserdem als einstückige Einheit ausgebildet ist, ist eine Reparatur ausgeschlossen. Setzt sich andererseits der Diffusor aus einer Anzahl von Einseikomponenten mit dünnem Querschnitt und beschränkten Dichtflächen zusammen, dann ist es wiederum schwer, die notwendige Dichtheit quer zur Hauptströmungsrichtung im Bereich dieser Kanten zu erzielen. Schliesslich ist es bei den herkömmlichen Röhrendiffusoren der bekannten Art bisher nicht möglich gewesen, während des Betriebes eine Einstellung der Diffuaorkanäle und damit der Strötaungscharakteristik vorzunehmen, um hierdurch Einfluss auf Pump- oder Drosselerscheinungen zu nehmen und den Wirkungsrad zwischen diesen beiden Grenzerscheinungen zu beeinflussen.

Eine Beseitigung aller dieser Nachteile erfolgt durch den erfindungsgemässen Diffusor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Anzahl von als Kreissektor geformten Elementen, die jeweils, an ihren beiden Seiten Auskehlungen aufweisen, welche sich, an der Sektorkante treffen, zwischen zwei parallelen · ebenen Scheiben so eingepasst sind, dass zwischen jeweils zwei nebeneinanderliegenden Elementen ein röhrenförmiger, sich erweiternder Strömungskanal entsteht.

Die mit der Auskehlung versehene Seitenfläche kann dabei als

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Mantelfläche eines Zylinders oder eines Kegels gestaltet sein, aber auch' jegliche sonstige geeignete geometrische iOrm haben. Die einzelnen Sektoren "können leicht bearbeitet oder im Präzisionsgiessverfahren hergestellt werden. Ausserdem lässt sich zumindest im Nasen- oder Eintrittsbereich ein verschleissfester Werkstoff wählen. Auch eine Oberflächenbehandlung mit dem Zweck, die Verschleissfestigkeit gegenüber abrasiven Stoffen in dem zu-verdichtenden Medium zu erhöhen, kann durchgeführt werden. Schliesslich ist es darüber hinaus möglich, die einzelnen Sektoren als Ganzes oder teilweise so anzuordnen, dass sie zwischen den Scheiben bezüglich ihrer Winkellage einstellbar sind, so dass eine Veränderung der Durchströmungscharakteristik erzielbar ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. Sofern in der nächfolgenden Beschreibung auf Einzelheiten der Zeichnung nicht eingegangen ist, darf auf die zeichnerische Darstellung selbst verwiesen werden.

In den Zeichnungen zeigt:

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Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen 2weistufen-Verdichter, der mit einem erfindungsgemässen Auslass-Diffusor versehen ist;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Diffusors;

Figur 3 einen Sektor des Diffusors, der eine Einstellung der Strömungscharakteristik erlaubt;

Figur 4 einen der Figur 2 ähnlichen Sektor, bei dem jedoch die mit einer Auskehlung versehenen Seitenflächen abgewandelt sind;

Figur 5 eine Stirnansicht auf die Einlaßseite nebeneinander liegender Strömungskanäle;

Figur 6 ein Detail eines Diffusors mit Sektoren, deren Hasenabschnittte gerundet sind und

Figur 7 einen Sektor, dessen JSfasenabschnitt aus einem verschleissfesten Werkstoff besteht und der eine Ein-

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richtung zur Veränderung der am Einlass auftretenden Einschnürung im Betrieb aufweist.

Der in Figur 1 gezeigte 'Luftkompressor ist insofern herkömmlicher Bauart, als er ein gewölmliches Zentrifugalverdichterrad 10 sowie ein Zentripetalverdichterrad 11, das als Vorverdichter wirkt, aufweist. Ein im Ganzen mit 12 bezeichneter Diffusor ist am Auslass des Zentrifugalverdichterrades 10 angeordnet und kann von irgendeiner der nachfolgend beschriebenen Bauarten sein, die aus einzelnen Sektoren, die eine Einstellung der Strömungskanäle ermöglichen, bestehen. Dem Vorsatzläufer sind einstellbare Einlassleitschaufeln 13 zugeordnet, deren Betätigungsmechanismus 14- mit einem Betätigungsgestänge 15 für die Diffusorsektoren so gekoppelt ist, dass die Einlassleitschaufeln ¹3 und die Diffuaorsektoren gleichzeitg verstellt werden können.

Ein Teil eines erfidnungsgemässen Auslass-Diffusors, der feststehende, den Strömungskanal definierende Sektoren auf v/eist, ist schematisch in Figur 2 gezeigt. Dieser Diffusor umfasst zwei parallele ebene Scheiben 16, 17 sowie eine Anzahl von als Kreissektoren geformte Elemente 18, die dazwischen eingepasst sind. Jeder Sektor 18 ist umgrenzt durch zwei ebene Seitenflächen, die zur Anlage an den Scheiben.16, 17 kommen und in beliebiger bekannter Weise (nicht gezeigt) an diesen befestigt sind.

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Ausserdem weist jeder Sektor zwei ausgekehlte Seitenflächen 19» 20 auf, die als Teil der Mantelfläche eines Kegels oder eines Zylinders gestaltet sind, aber auch jegliche sonstige geeignete geometrische Form besitzen können, die es erlaubt, zwischen zwei nebeneinander liegenden Sektoren einen röhrenförmigen sich erweiterenden Strcraungskanal mit leicht abgeflachten Seitenwänden zu schaffen.

Die beiden Auskehlungen 19, 20 verlaufen am Nasenbereich des Sektors längs einer gekrümmten Kante 21 ineinander, deren tiefster Teil - etwa in der Mittelebene des Nasenabschnittes liegend - gegenüber der geometrischen Spitze des Sektors beträchtlich zurückversetzt ist. Aus praktischen G-ründen laufen die Radiallinien, die den Sektor definieren, nicht zu einer scharfen Spitze aus. Vielmehr ist der Nasenabschnitt etwas gerundet, wie bei 22 angedeutet ist. Auf diese V/eise .erhält man eine verlängerte Kontakt- und Dichtfläche gerade im Nasenbereich jedes Sektors, und zwar an jeder Seite der Kante, wo der Sektor an den Scheiben 16, 17 anliegt.

Durch einen Kanal strömendes Gas übt auf eine Seitenwand des Kanal? einen höheraiDruck als auf die gegenüberliegende Wand aus. Wenn daher das spitze Ende des Sektors sehr schmal ist, tritt ausgehend von der dem höchsten Druck unterliegenden Sei-

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tenwand des Strömungskanals, zu der Niederdruckseite des nächstfolgenden Strömungskanals eine Undichtheit auf. Die hierdurch erfolgende Querströmung führt zu einer "beträchtlichen Störung des Strömungsbildes.

V/i β- erwähnt, zeigt die Figur 2 eine feste Anordnung des Sektors. Bei der Äusführungsfortn gemäss 3?igür 3 hingegen ist es einfach, die Sektoren winkelmässig verstellbar gegenüber den Scheiben anzuordnen. Zu diesem Zweck ist jeder Sektor 23 in der Nä.he seines Nasenabschnittes mit einem Führungszapfen 24 versehen, der in den Scheiben gelagert ist. Ausserdem besitzt jeder Sektor an dem dem Nasenabschnitt gegenüberliegenden Ende ein radial verlaufendes Langloch 25, in welches ein Exzenter 26 eingesetzt ist. Dieser Exzenter 26 sitzt auf einer Welle 27, die mindestens eine der Scheiben 16 oder 17 durchsetzt und mit dem Betätigungsgestänge 15 (Figur'1) gekoppelt ist. Somit ist es möglich, die iieigung der einzelnen Sektoren auch während des Betriebes des Verdichters zu verändern.

Die Form der Auskehlung in den Seitenflächen kann, wie ebenfalls erwähnt, gewisse Abwandlungen erfahren. Die Figur 4 .zeigt- eine Ausführungsform, bei der die Seitenflächen eines Sektors 28 als Teil der Mantelfläche eines Kegels ausgebil-

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det sind, der mit seiner Spitze aus dem Zentrum des Verdichters herausgetreten ist. Durch eine geeignete Anordnung des Abstandes zwischen den einzelnen Sektoren ist es möglich auch bei dieser Ausfuhrungsform wirksame röhrenförmige Diffusorkanäle zu erhalten.

Die Seitenflächen müssen auch nicht notwendigerweise geradlinig zwischen Ein- und Auslass verlaufen, sondern können nach einem entsprechenden geometrischen Profil bogenförmig sein, wobei sie selbstverständlich gleichzeitig im Querschnitt einen Strömungskanal definieren. In Figur 4 bezeichnet ein Kreis 29 die Querschnittsfläohe des Kegels am Auslassende des Sektors, während ein Kreis 30 die entsprechende Fläche ein kurzes Stück stromaufwärts vom Einlass angibt.

Die Figur 5 zeigt ein Detail der Endabschnitte am Eintritt zu nebeneinanderliegenden Strömungskanälen, aus dem hervorgeht, dass die Kanaloberflächen 19, 20 als Teile von Kreisen bzw. Kreiszylindern gebildet sind.

Die Figur 6 zeigt eine weitere Abwandlung des Erfindungsgedankens. Darin ist der Rotor des Verdichters wie in Figur ι mit 10 bezeichnet und der Diffusor enthält eine Anzahl von Sektoren 31, die in der oben erläuterten Art zwischen die Scheiben

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16 und 17 (von denen nur die Scheibe 16 sichtbar ist) eingelegt sind. Ein Hauptabschnitt jedes Sektors ist zwischen den Scheiben fest angeordnet, jedoch der JTasenabschnitt ?2 jedes Sektors winkelmässig über ein Gelenk 33 so einstellbar, dass die Einlassgeometrie jedes Strömungskanal ,geändert werden kann.

Die Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, eines erfInaungsgeinässen Diffusorsektors. Der Hauptabschnitt 34 kann aus leichtmetall hergestellt werden, während der Nasenabschnitt35 aus einem gegenüber Abrasion widerstandsfähigerem Werkstoff hergestellt ist und mit einer Schwalbenschwanzführung mit dem Hauptabschnitt verbunden ist.' Die geschwungene Kantenlinie 21, die die Hasenkontur festlegt, verläuft in sich erweiternde Pussabschnitte 37, die sich mit den parallelen Seitenflächen des Sektors vereinigen. Um die örtliche Einschnürung, die in diesen Bereichen auftritt, zu verringern, ist von.jedem Pussabschnitt ausgehend stronaufwärts von. der ITase und durch diese hindurch eine Bohrung 36 ausgearbeitet, die an der Niederdruckseite des Sektors, an der; die kritischsten G-renzschichtverhältnisse auftreten, mündet. Zugleich mit einer "Verringerung der Einschnürung an Einlass ist es. somit möglich, in vorteilhafter Weise die Grenzschicht in diesem Bereich zu beschleunigen.

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Da der Nasenabschnitt 3o aus Giesswerkstoff bestehen oder in einem speziellen Bearbeitungsverfahren hergestellt sein kann, erhält man eine sehr weitgehende Gestaltungsfreiheit bezüglich der Querschnitte der Strömungskanäle Jo. Diese können daher auch anders als mit kreisförmigem Querschnitt, der durch Bohren erzielbar ist, ausgebildet werden. Beispielsweise können die Strömungskanäle mit .einem dreieckformigem oder einem sonstigen geeigneten Querschnitt am Einlass v_ersevien werden und diese Querschnitte können sich .auch über die Länge der Strömungskanäle in dieser Form erstrecken. Ein Strömungskanal kann möglicherweise auch selbst als Diffusor gestaltet werden. Es ist auf'diese Weise noglich, zwei kleine eingebaute Diffusorkanäle ausgehend von den Pussabschnitten des Sektors zu erhalten, die ebenfalls als röhrenförmige Diffusorkanäle gestaltet sind. Der Auslass des Kanals kann in verschiedener Art und Weise angeordnet und geformt sein, beispielsweise als Schlitz od. dgl., und an der Uiederdruckseite des Sektors münden, wie · bei 36a am unteren Teil der Figur 7 angedeutet ist.

Diese Ausführungsformen ergeben eine beibehaltene erwünschte Röhrenform des Hauptdiffusors, eine ausgedehnte seitliche Dichtfläche und die Möglichkeit einstellbare Sektoren an Eöhren&iffusors zu verwenden, wobei störende Drosseleffekte

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an den Kanten der Sektoren vermieden werden. Ausserdem ist eine Steuerung der Grenzschicht innerhalb der Diffusorkanäle möglich. Jede der beiden Kontaktflächen zwischen einer Scheibe und einem Sektor kann mit Polytetrafluoräthylenoder einem ähnlichen Werkstoff beschichtet sein, der auf die Oberfläche aufgesprüht oder in Ausnehmungen eingesetzt ist. Auch die Kanäle selbst*mit einem-derartigen Material verkleidet sein.

*■: können

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Claims

Patentansprüche

1.J Auslass-Diffusor für einen Kreiselverdichter, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von als Kreissektor geformten Elementen (1C, 23, 28, 31), die jeweils an ihren beiden Seiten Auskehlungen (19, 20) aufweisen, wel-' ehe sich an der Sektorkante treffen, zwischen zwei parallelen ebenen Scheiben (16, 17) so eingepasst sind, dass zwischen jeweils zwei nebeneinanderliegenden Elementen ein röhrenförmiger, sich erweiternder Strömungskanai entsteht.

!. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel zu den Scheiben (16, 17) verlaufenden Seitenflächen der Sektoren (1S, 25, 28) an der Sektorspitze zu einem gerundeten Abschnitt (22) auslaufen und dass die Auskehlungen (19, 20) längs einer bogenförmigen Kante (21) ineinander übergehen, deren Mittelbereich gegenüber den abgerundeten Sektorspitzen beträchtlich zurückgesetzt .^; s t.

3. Diffusor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

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dass jeder Sektor (23) schwenkbar an den Scheiben (16, 17) -mittels eines Zapfens (24-), der in der Nähe der Sektorspitze angeordnet ist, gelagert ist und ein Langloch (25) im Abstand von dem Zapfen (24) aufweist, in welches eine Einrichtung (26) zur Einstellung der Winkellage des Sektors eingreift.

4. Diffusor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sektor einen auslassseitigen Abschnitt (31) der an den Scheiben (16, 17) unbeweglich befestigt ist, und einen einlasaseitigen Abschnitt (32) an der Sektorspitze aufweist-, der'mittels eines Gelenks (332) in der die beiden Abschnitte trennenden Ebene winkelmässig verstellbar is t. ■

5. Diffusor nach AnsT^.ruch 5 oder 4 in Verbindung mit einen Zentrifugalverdichter oder einem kombinierten Zentrifugal- und Zentripetalverdichter mit einstellbaren Leitschaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (15) zur Einstellung der Diffusorsekforen mit einer Einrichtung (14) zur Einstellung der Einlassleitschaufeln (13) gekoppelt ist.

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-H-

6. Diffusor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die "bogenförmige Kante (21) über vergrösserte Pussabschnitte (37) in die parallelen Seitenflächen jedes Sektors übergeht und dass ausgehend von jedem der Pussabschnitte (37) innerhalb des Sektors über eine bestimmte Strecke in Strömungsrichtung ein Kanal (36) verläuft, der an der Fiederdruckseite des Sektors mündet.

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