DE4230770C2

DE4230770C2 - Centrifugal compressors for gas compression

Info

Publication number: DE4230770C2
Application number: DE4230770A
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Dr Ing Henning; Dieter Dipl Ing Frohn; Carldieter Dipl Ing Hollmann; Walter Winkelstroeter; Frank Dipl Ing Diedrichsen
Original assignee: Gebr Becker GmbH
Current assignee: Gebr Becker GmbH
Priority date: 1992-04-27
Filing date: 1992-09-15
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2012-09-16
Also published as: DE59300551D1; DE4230770A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kreiselverdichter mit einem Radialschaufeln aufweisenden Radialverdichter-Laufrad, das einen Seitenkanalverdichter speist, welcher einen Kranz von Kammern aufweist, die durch am Laufrad angebrachte Kammerschaufeln getrennt sind, wobei der Ringdurchmesser des Seitenkanals des Seitenkanalverdichters gleich oder größer als der Durchmesser des die Radialschaufeln tragenden Teiles des Laufrades ist, wobei die Kammern an ihrer an die äußeren Enden der Radialschaufeln angrenzenden Seite Öffnungen aufweisen und wobei die Radialschaufeln in Strömungsrichtung stetig in die Kammerschaufeln übergehen.The invention relates to a centrifugal compressor with a Radial compressor impeller with radial blades, which feeds a side channel blower, which one Has wreath of chambers through on the impeller attached chamber blades are separated, the Ring diameter of the side channel of the Side channel blower equal to or larger than that Diameter of the part carrying the radial blades of the impeller, the chambers on their to the outer ends of the radial blades adjacent side Have openings and wherein the radial blades in Flow direction steadily into the chamber blades pass over.

Kreiselverdichter werden im allgemeinen unter anderem als Radialverdichter oder als Seitenkanalverdichter ausgebildet. Radialverdichter werden vornehmlich zur Erzeugung großer Volumenströme, Seitenkanalverdichter zur Erzeugung hoher Druckdifferenzen eingesetzt.Centrifugal compressors are generally among others as a radial compressor or as a side channel compressor educated. Radial compressors are mainly used for Generation of large volume flows, side channel compressors used to generate high pressure differences.

Durch die DE 31 28 374 A1, Fig. 1 und 2, ist eine radialschaufelunterstützte, auch für gasförmige Medien einsetzbare Seitenkanalpumpe bekannt, bei welcher das Laufrad an einer Stirnseite konvex gebogene Radialschaufeln aufweist, die das Fördermedium in einen sich spiralförmig erweiternden Umfangskanal fördern, von dem aus das Fördermedium in eine Seitenkanalpumpe weitergeleitet wird, deren radial gerichtete Kammerschaufeln entweder auf der den Radialschaufeln gegenüberliegenden Seite des Laufrades oder gemäß der dortigen Fig. 8 am Außenumfang des Laufrades angebracht sind. Das dort von den Radialschaufeln nach außen geförderte Medium wird über einen verhältnismäßig weiten Weg unter mehrfacher Umlenkung zum Seitenkanal geleitet, was den Wirkungsgrad erheblich herabsetzt.DE 31 28 374 A1, FIGS. 1 and 2, is a radial blade supported, also for gaseous media usable side channel pump known in which the Impeller curved convex on one end Has radial blades that the fluid into one promote a spirally widening circumferential channel, from which the medium is pumped into a side channel pump is forwarded, its radially directed Chamber blades either on the radial blades opposite side of the impeller or according to the 8 there attached to the outer circumference of the impeller are. That from the radial blades outwards funded medium is proportionate long way with multiple diversion to the side channel directed, which significantly reduces the efficiency.

Durch die DD-PS 4 862 ist ein gattungsgemäßer, dort allerdings für flüssige Medien bestimmter, mehrstufiger Kreiselverdichter bekannt, bei der die erste Stufe als Radialverdichter ausgebildet ist, deren Radialschaufeln stetig in Kammerschaufeln der als Seitenkanalverdichter ausgebildeten zweiten Stufe übergehen. Die Kammern des die Radialschaufeln umschließenden Seitenkanalverdichters sind an ihrer den Radialschaufeln zugewandten Seite offen, so daß das Fördermedium unmittelbar von den Strömungskanälen des Radialverdichters in die Kammern des Seitenkanalverdichters gelangt. Dort sind allerdings die Kammerschaufeln radial ausgerichtet, und die dort nur leicht konkav gekrümmten Radialschaufeln gehen geradlinig in die Kammerschaufeln über. Infolgedessen führt dort ein in den Seitenkanalkammern sich aufbauender Druck zu einem ungehindert radial einwärts in die Strömungskanäle des Radialverdichters gerichteten Rückstau, der den erreichbaren Wirkungsgrad begrenzt.Due to the DD-PS 4 862 there is a generic, there however, for liquid media certain, multi-stage Centrifugal compressor known in which the first stage as Radial compressor is formed, the radial blades steadily in chamber blades as side channel blowers trained second stage. The chambers of the enclosing the radial blades Side channel blowers are on their radial blades facing side open, so that the medium directly from the flow channels of the Radial compressor in the chambers of the Side channel compressor arrives. But there they are Chamber blades aligned radially, and those there only go slightly concave curved radial blades straight into the chamber blades. Consequently introduces itself in the side channel chambers building pressure to an unimpeded radially inward backflow directed into the flow channels of the radial compressor, that limits the achievable efficiency.

Ferner ist durch die DD-PS 35 450 eine selbstansaugende Flüssigkeits-Kreiselpumpe bekannt, deren Laufrad im zentralen Bereich mit konvex gebogenen Radialschaufeln und im Umfangsbereich mit konvex gebogenen Kammerschaufeln versehen ist. Die Radialschaufeln laufen innerhalb eines zylindrischen Gehäusezwischenmantels um, der nur an einer Stelle über einen Winkelbogen von etwa 60° unterbrochen ist, so daß der Flüssigkeitsstrom nur an dieser Unterbrechungsstelle von dem Radialförderer in den die Kammerschaufeln aufweisenden Umfangskanal übergeht. Da die Radialschaufeln und Kammerschaufeln einen Abstand von mindestens der Stärke des Gehäusezwischenmantels aufweisen, treten beim Übergang erhebliche Turbulenzen auf, die den erreichbaren Wirkungsgrad stark begrenzen.Furthermore, the DD-PS 35 450 one self-priming liquid centrifugal pump known their impeller in the central area with convex curved Radial blades and in the peripheral area with convex curved chamber blades is provided. The Radial blades run inside a cylindrical one Intermediate casing around that only at one point an elbow of about 60 ° is interrupted, so that the liquid flow only at this point of interruption from the radial conveyor into the chamber blades having circumferential channel. Since the Radial blades and chamber blades a distance of at least the thickness of the intermediate casing exhibit significant turbulence during the transition that severely limit the attainable efficiency.

Durch die DD-PS 41 513 ist ein kombiniertes Laufrad für Pumpen, Verdichter od. dgl. mit gekrümmten Radialschaufeln bekannt, die das Medium mittig in einen Umfangskanal hinein fördern, der an zwei sich gegenüberliegenden Seiten mit geraden, radial gerichteten Kammerschaufeln bestückt ist. Der von den Radialachaufeln erzeugte Mediumstrom wird an der äußeren Umfangswand des Umfangskanals aufgeteilt und zu den Kammerschaufeln hin umgelenkt, so daß im Umfangskanal zwei gegeneinander gerichtete Kreisströme auftreten, die auf den von den Radialschaufeln erzeugten Mediumstrom auftreffen. Da dieser Mediumstrom beim Eintritt in den Umfangskanal abrupt seine zuvor von den Radialschaufeln bewirkte Führung verliert, kommt es zu erheblichen Turbulenzen und zu einem raschen Rückstau, weshalb mit dieser bekannten Anordnung nur ein sehr begrenzter Wirkungsgrad erreichbar ist.The DD-PS 41 513 is a combined impeller for Pumps, compressors or the like with curved Radial blades known that center the medium in one Promote the circumferential channel into two opposite sides with straight, radial directed chamber blades is equipped. The one of the Radialachaufeln generated medium flow is at the outer Circumferential wall of the circumferential channel divided and to the Chamber blades deflected so that in the circumferential channel two opposing circular currents occur that on the medium flow generated by the radial blades hit. Since this medium flow when entering the Circumferential channel abruptly its previously from the radial blades caused leadership loses, there is considerable Turbulence and a rapid backlog, which is why this known arrangement is only a very limited one Efficiency is achievable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kreiselverdichter hohen Wirkungsgrades zu schaffen, der auch für eine Lasergasumwälzung geeignet sein soll. The invention has for its object a To create high efficiency centrifugal compressors should also be suitable for laser gas circulation.

Ausgehend von einem Kreiselverdichter der eingangs genannten Art, ist die Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß - in Stirnansicht - die Kammerschaufeln und die Radialschaufeln jeweils entgegengesetzte Krümmungen aufweisen, daß die Kammerschaufeln und die Radialschaufeln an ihrer Übergangsstelle einen Krümmungswendepunkt aufweisen und daß die Schaufeln an der Übergangsstelle um einen betragsmäßig gleichen Winkel von kleiner als 30°, z. B. von 15°, gegenüber der Umfangstangente an der Übergangsstelle geneigt sind. Je kleiner dieser Winkel ist, desto stärker ist der Druckaufbau im Radialverdichter bei kleiner werdenden Volumenströmen und desto stärker können die Kammerschaufeln gegenüber dem einströmenden Gasstrom angestellt werden, wodurch eine Zirkulationsströmung mit geringer Wendel-Steigungshöhe erzeugt wird, so daß der Gasstrom im Seitenkanalverdichter durch Impulsaustausch eine besonders starke Druckerhöhung erfährt.Starting from a centrifugal compressor at the beginning mentioned type, is the solution to this problem achieved according to the invention in that - in front view - the Chamber blades and the radial blades, respectively have opposite curvatures that the Chamber blades and the radial blades on hers Transition point have a point of curvature and that the blades at the transition point by one the same amount in terms of amount of less than 30 °, e.g. B. of 15 °, compared to the circumferential tangent to the Transition point are inclined. The smaller this angle is, the stronger the pressure build-up in the Centrifugal compressors with decreasing volume flows and the stronger the chamber blades can face the inflowing gas stream are turned on, whereby a circulation flow with low Spiral pitch is generated so that the gas flow in the side channel blower through pulse exchange experiences particularly strong pressure increase.

Der Wirkungsgrad des Kreiselverdichters kann ferner noch dadurch erhöht werden, daß die an ihrem radial inneren Ende im wesentlichen rechtwinklig vom Laufrad abragenden Radialschaufeln und die nachfolgenden Kammerschaufeln, mit ihrer Längserstreckung zunehmend, gegenüber der Laufradebene nach vorne, d. h. in Laufraddrehrichtung, geneigt sind.The efficiency of the centrifugal compressor can also still be increased by the fact that at their radially inner End essentially perpendicular to the impeller protruding radial blades and the following Chamber blades, with their longitudinal extension increasing, forward of the impeller level, d. H. in Direction of rotation of the impeller are inclined.

Durch den großen Ringdurchmesser des torusförmigen Seitenkanales wird von den Kammerschaufeln des Seitenkanalverdichters eine höhere Umfangsgeschwindigkeit als von den Radialschaufeln erreicht. Wegen seiner größeren Umfangsgeschwindigkeit vermag der Seitenkanalverdichter eine von einem Radialverdichter großen Schluckvolumens gelieferte Gasmenge aufzunehmen, die dann im Seitenkanalverdichter als nachfolgende Arbeitsstufe auf einen hohen Druck verdichtet wird. Da die von dem Radialverdichter geförderte Gasmenge bereits mit einer hohen Geschwindigkeit in die Kammern des Seitenkanalverdichters eintritt, entsteht im Seitenkanal sofort eine Zirkulationsbewegung, so daß der Seitenkanalverdichter über seinen Umfang hinweg besonders effektiv genutzt wird. Die Kammern des Seitenkanalverdichters nehmen hinter dem Unterbrecher zunächst maximale Volumenströme vom Radialverdichter auf; die zuströmenden Volumenströme verringern sich - entsprechend dem Druckaufbau im Seitenkanal - zur Vorderseite des Unterbrechers hin. Die auch hier im Seitenkanalverdichter unvermeidbar im Bereich der Unterbrecher auftretenden Verschleppungsverluste sind bei dem erfindungsgemäßen Kreiselverdichter gering, da die im Bereich des Unterbrechers von den Kammern mitgeschleppten, hochkomprimierten Gasmengen sich nachfolgend nicht wie bei einem üblichen, einstufigen Seitenkanalverdichter gegen den Ansaugdruck, sondern nur gegen den vom Radialverdichter bereits erzeugten erhöhten Zwischendruck entspannen. Zudem erfährt die Gasströmung beim Übergang vom Radialverdichter zum Seitenkanalverdichter nur eine verhältnismäßig geringe Umlenkung, da die Strömungsrichtung an dieser Übergangsstelle radial nach außen gerichtet bleibt und durch den stetigen, nahezu in Umfangsrichtung sich erstreckenden Übergang zwischen Radialschaufeln und Kammerschaufeln Stoß und Ablöseverluste vermieden werden. Der Kreiselverdichter arbeitet mit kontinuierlichem Ansaugdruck und bläst pulsationsarm ab und ist dadurch verhältnismäßig geräuscharm. Insgesamt ist durch die Erfindung ein geräuscharmer Kreiselverdichter hohen Wirkungsgrades erreicht.Due to the large ring diameter of the toroidal Side channel is from the chamber blades of the Side channel compressor a higher one Peripheral speed than from the radial blades reached. Because of its greater peripheral speed the side channel blower can do one of one Radial compressors with a large absorption volume Record the amount of gas, which is then in the side channel compressor as a subsequent work step to a high pressure is compressed. Because of the radial compressor The amount of gas delivered is already high Speed into the chambers of the Side channel compressor occurs, arises in Side channel immediately a circulation movement so that the side channel blower across its circumference is used particularly effectively. The chambers of the Side channel blowers take place behind the breaker First, maximum volume flows from the radial compressor on; the inflowing volume flows decrease - according to the pressure build-up in the side channel - for Front of the breaker. The here too Side channel blowers inevitable in the area of Interruptions occurring carryover losses are low in the centrifugal compressor according to the invention, because those in the area of the breaker from the chambers entrained, highly compressed gas quantities themselves not in the following as with a conventional, one-stage Side channel compressor against the suction pressure, but only against the one already generated by the radial compressor relax increased intermediate pressure. In addition, the Gas flow at the transition from the radial compressor to Side channel blower only a relatively small one Deflection because the direction of flow at this Transition point remains directed radially outwards and through the steady, almost circumferential direction itself extending transition between radial blades and Chamber blades prevent impact and loss of detachment become. The centrifugal compressor works with continuous suction pressure and blows off with low pulsation and is therefore relatively quiet. All in all is a quieter by the invention Centrifugal compressor high efficiency achieved.

Der Erfindung zufolge können die Kammerschaufeln jeweils eine Verbreiterung aufweisen, die zum Seitenkanal des Seitenkanalverdichters hin gerichtet ist, wobei die Kammern im Bereich dieser Verbreiterungen radial einwärts durch eine Abschlußwand geschlossen sind. Durch diese Maßnahmen kann ein großes Kammervolumen beim Seitenkanalverdichter vorgesehen und die Radialabmessung des Kreiselverdichters verhältnismäßig klein gehalten werden.According to the invention, the chamber blades can each have a widening that to Side channel of the side channel compressor directed is, the chambers in the area of this Widenings radially inwards through an end wall are closed. These measures can make a big difference Chamber volume provided for the side channel compressor and the radial dimension of the centrifugal compressor be kept relatively small.

Der Erfindung zufolge kann ferner vorgesehen werden, daß die Höhe der Radialschaufeln radial nach außen hin abnimmt und daß den Radialschaufeln auf ihrer dem Laufrad gegenüberliegenden Seite eine gehäuseseitige Deckwand oder eine am Laufrad angeformte Deckscheibe zugeordnet ist und daß die Deckwand, bzw. die Deckscheibe, zugleich die Abschlußwand der Kammern im Bereich der Verbreiterungen bildet. Durch diese Maßnahmen sind die zwischen zwei benachbarten Radialschaufeln liegenden Strömungskanäle nach außen hin so geformt, daß der Radialverdichter bereits mit einem hohen Druck in die Kammern des Seitenkanalverdichters einspeist, wo das eingespeiste Gas sofort in die typische Zirkulationsbewegung eines Seitenkanalverdichters versetzt wird.According to the invention, it can also be provided that the height of the radial blades radially outward decreases and that the radial blades on their the Impeller opposite side of a housing Cover wall or a cover disc molded onto the impeller is assigned and that the top wall, or the Cover plate, at the same time the end wall of the chambers in Area of widening forms. Through this Measures are those between two neighboring ones Radial blades lying flow channels to the outside shaped so that the radial compressor already with a high pressure in the chambers of the Side channel blower feeds where the feed Gas immediately into the typical circulation movement of one Side channel compressor is moved.

Die Höhe der Radialschaufeln und der Querschnitt der von ihnen begrenzten Strömungskanäle werden in Anpassung an den optimalen Volumenstrom des Seitenkanalverdichters ausgelegt. The height of the radial blades and the cross section of the flow channels delimited by them are in Adaptation to the optimal volume flow of the Side channel blower designed.

Die die Radialschaufeln tragende Stirnseite des Laufrades ist vorteilhafterweise kegelig, und die Radialschaufeln sind in ihrer Längserstreckung schräg gegenüber der Laufradachse geneigt, so daß das axial angesaugte Gas nur allmählich in radiale Richtung umgelenkt wird.The end face of the radial vanes The impeller is advantageously tapered, and the Radial blades are oblique in their longitudinal extent inclined to the impeller axis, so that the axially aspirated gas gradually in the radial direction is redirected.

Der Kreiselverdichter nach der Erfindung kann mit nur einem Unterbrecher ausgerüstet sein, was sich bei einem Verbraucher empfiehlt, der mit einem hohen, z. B. dem maximal von dem Kreiselverdichter nach der Erfindung erzeugbaren, Überdruck betrieben werden soll. Alternativ können der Erfindung zufolge aber auch mehrere Unterbrecher am Seitenkanalverdichter angeordnet werden, die in einen gemeinsamen Sammelringraum münden, um einen Verbraucher hohen Volumenbedarfes zu versorgen.The centrifugal compressor according to the invention can with only be equipped with a breaker, which is the case with a Recommends consumers who have a high, e.g. B. the maximum of the centrifugal compressor according to the invention generate, overpressure to be operated. Alternatively, however, according to the invention several interrupters on the side channel blower are arranged in a common Collection annulus flow out to a consumer high To supply volume requirements.

Gemäß einer weiteren Alternative kann aber auch vorgesehen werden, daß im Falle mehrerer Unterbrecher jedem Unterbrecher ein eigener Sammelraum mit Auslaß zugeordnet ist, so daß mit dem Kreiselverdichter mehrere Verbraucher gleichzeitig versorgt werden können. Dabei ist es möglich, die Teilung des Seitenkanales, d. h. die Winkelabstände zwischen den Unterbrechern, ungleichmäßig zu wählen, so daß unterschiedliche Druck/Volumenströme anfallen und also mehrere Verbraucher unterschiedlichen Druck/Volumenbedarfes versorgt werden können.According to a further alternative, however, can also be provided that in the case of multiple breakers each breaker has its own collection room with outlet is assigned so that with the centrifugal compressor several consumers are supplied at the same time can. It is possible to divide the Side channels, d. H. the angular distances between the Interrupters to choose unevenly so that different pressure / volume flows occur and so several consumers different Pressure / volume requirements can be supplied.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und nachfolgend anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert.Further features of the invention are in the Subclaims specified and below using the Description of the figures explained in more detail.

Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is based on several in the following Drawing illustrated embodiments closer explained. The drawing shows:

Fig. 1 in einem Axialschnitt einen Kreiselverdichter nach der Erfindung, Fig. 1 in an axial section of a centrifugal compressor according to the invention,

Fig. 2 eine Stirnansicht auf das Laufrad der Strömungsmaschine nach Fig. 1, Fig. 2 is an end view of the impeller of the turbomachine of FIG. 1,

Fig. 3 im Axialschnitt eine zweite Ausführungsform einer Strömungsmaschine nach der Erfindung, Fig. 3, in axial section, a second embodiment of a flow machine according to the invention,

Fig. 4 in Stirnansicht eine abgewandelte Ausführungsform des Laufrades, Fig. 4 in end view a modified embodiment of the impeller,

Fig. 5 in Stirnansicht eine weitere abgewandelte Ausführungsform des Laufrades, Fig. 5 in end view of a further modified embodiment of the impeller,

Fig. 6 im Axialschnitt eine weitere Ausführungsform eines Kreiselverdichters nach der Erfindung, Fig. 6 in axial section a further embodiment of a centrifugal compressor according to the invention,

Fig. 7 im Axialschnitt noch eine weitere Ausführungsform des Kreiselverdichters nach der Erfindung und Fig. 7 in axial section yet another embodiment of the centrifugal compressor according to the invention and

Fig. 8 eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 7. Fig. 8 shows a modification of the embodiment of Fig. 7.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Kreiselverdichter zur Gasverdichtung besitzt ein von einem Gehäuse 1 umschlossenes Laufrad 2, das an einer Stirnseite 3 konvex gekrümmte Radialschaufeln 4 aufweist, die radial nach außen hin stetig in konkave Kammerschaufeln 5 übergehen. Die Kammerschaufeln 5 weisen gegenüber den Abmessungen der äußeren Stirnenden 6 der Radialschaufeln 4 eine axial gerichtete Verbreiterung 7 auf, wobei die Verbreiterungen 7 zur Ansaugseite 8 des Kreiselverdichters gerichtet sind. Das Gehäuse 1 umfaßt eine Rückwand 9, in der das Laufrad 2 gelagert ist, eine Vorderwand 10 mit Ansaugstutzen 11 und eine Umfangswand 12. Das in der Praxis mehrteilig ausgebildete Gehäuse 1 ist hier vereinfacht und einstückig dargestellt. In der Gehäusevorderwand 10 ist ein halbkreisförmiger Seitenkanal 13 ausgebildet, der mit seiner offenen Seite den Kammerschaufeln 5 gegenüberliegt. Der Boden 14 jeder zwischen zwei benachbarten Kammerschaufeln 5 liegenden Kammern 15 weist in seinem radial außenliegenden Bereich den gleichen Krümmungsradius wie der Seitenkanal 13 auf. Der Kammerboden 14 geht an jeder Übergangsstelle zwischen den Kammerschaufeln 5 und den Radialschaufeln 4 stetig in die Stirnseite 3 des Laufrades 2 über, und die Kammern 15 sind jeweils gegenüber den zwischen zwei Radialschaufeln 4 liegenden Strömungskanälen S offen, vgl. Öffnungen 55. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, bilden der Seitenkanal 13 und die Kammern 15 einen Torusraum und wirken als Seitenkanalverdichter, welcher durch den von den Radialschaufeln 4 gebildeten Radialverdichter gespeist wird. Der Ringdurchmesser D des torusförmigen Seitenkanals 13 ist größer als der Durchmesser d des von den Radialschaufeln 4 gebildeten Radialverdichters.The centrifugal compressor for gas compression shown in FIGS . 1 and 2 has an impeller 2 enclosed by a housing 1 , which has on one end face 3 convexly curved radial blades 4 which continuously merge into concave chamber blades 5 radially outward. The chamber blades 5 have an axially directed widening 7 with respect to the dimensions of the outer end faces 6 of the radial blades 4 , the widenings 7 being directed toward the suction side 8 of the centrifugal compressor. The housing 1 comprises a rear wall 9 in which the impeller 2 is mounted, a front wall 10 with an intake port 11 and a peripheral wall 12 . The housing 1, which is designed in several parts in practice, is simplified and shown in one piece here. A semicircular side channel 13 is formed in the housing front wall 10 , the open side of which lies opposite the chamber blades 5 . The bottom 14 of each chamber 15 lying between two adjacent chamber blades 5 has the same radius of curvature as the side channel 13 in its radially outer region. The chamber bottom 14 merges continuously into the end face 3 of the impeller 2 at each transition point between the chamber blades 5 and the radial blades 4 , and the chambers 15 are each open to the flow channels S lying between two radial blades 4 , cf. Openings 55 . As can be seen from FIG. 1, the side channel 13 and the chambers 15 form a toroidal space and act as a side channel compressor which is fed by the radial compressor formed by the radial blades 4 . The ring diameter D of the toroidal side channel 13 is larger than the diameter d of the radial compressor formed by the radial blades 4 .

Fig. 1 zeigt ferner einen, den Seitenkanal an einer Umfangsstelle sperrenden Unterbrecher 16, der den Gasstrom im Seitenkanal 13 in einer zur Ansaugrichtung antiparallelen Richtung in einen Sammelraum 17 leitet, an dessen Auslaß 18 ein Verbraucher angeschlossen wird. Fig. 1 shows further a, the side channel blocking at one circumferential location interrupter 16 which passes the gas flow in the side channel 13 in an anti-parallel to the suction direction direction in a collecting chamber 17 to the outlet 18, a load is connected.

Die Radialschaufeln 4 sind an der dem Laufrad 2 gegenüberliegenden Seite durch eine gehäusefeste Deckwand 19 abgedeckt, die zugleich eine Kammer-Abschlußwand 20 an der radial innenliegenden Seite der Verbreiterung 7 der Kammerschaufeln 5 bildet. Die Abschlußwand 20 geht tangential in die kreisbogenförmige Wand des Seitenkanals 13 über. Die Stirnseite 3 des Laufrades 2 ist im Bereich der Radialschaufeln 4 kegelig geneigt, wobei der Neigungswinkel gegenüber der Laufradachse 21 etwa 105° beträgt.The radial blades 4 are covered on the side opposite the impeller 2 by a cover wall 19 fixed to the housing, which at the same time forms a chamber end wall 20 on the radially inner side of the widening 7 of the chamber blades 5 . The end wall 20 merges tangentially into the circular wall of the side channel 13 . The end face 3 of the impeller 2 is inclined conically in the region of the radial blades 4 , the angle of inclination with respect to the impeller axis 21 being approximately 105 °.

Die axiale Höhe h, mit der die Radialschaufeln 4 über die Stirnseite 3 vorstehen, nimmt radial nach außen hin kontinuierlich ab. Die an ihrem innenliegenden Ende 22 senkrecht oder nahezu senkrecht vom Laufrad 2 abragenden Radialschaufeln 4 und die sich daran anschließenden Kammerschaufeln 5 sind über ihre Längserstreckung hinweg zunehmend gegenüber der Stirnseite 3 des Laufrades 2 schräg angestellt und räumlich gekrümmt, wobei ihre freie Oberkante in Drehrichtung U voreilt, vgl. Fig. 2.The axial height h with which the radial blades 4 protrude beyond the end face 3 decreases continuously radially outwards. The radial blades 4 , which protrude vertically or almost perpendicularly from the impeller 2 at their inner end 22 and the adjoining chamber blades 5, are increasingly inclined and spatially curved over their longitudinal extension relative to the end face 3 of the impeller 2 , their free upper edge leading in the direction of rotation U. , see. Fig. 2.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, weisen die Radialschaufeln 4 und die Kammerschaufeln 5 über ihre Längserstreckung hinweg jeweils entgegengesetzte Krümmungen auf, wobei der Krümmungswendepunkt an ihrer Übergangsstelle 23 liegt. An der Übergangsstelle 23 sind die Radialschaufeln 4 und die Kammerschaufeln 5 jeweils um betragsmäßig gleiche Winkel b gegenüber der Umfangstangente T im Wendepunkt geneigt. Der Winkel b beträgt beim Ausführungsbeispiel etwa 25°.As can be seen in particular from FIG. 2, the radial blades 4 and the chamber blades 5 each have opposite curvatures over their longitudinal extent, the point of curvature being at their transition point 23 . At the transition point 23 , the radial blades 4 and the chamber blades 5 are each inclined by the same amount b in relation to the circumferential tangent T at the turning point. In the exemplary embodiment, the angle b is approximately 25 °.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist jede zweite Radialschaufel als verkürzte Radialschaufel 24 ausgebildet, die jeweils ebenfalls stetig in eine Kammerschaufel 5 übergehen. In Fig. 2 ist nur eine Radialschaufel 4 mit ihrer nachfolgenden Kammerschaufel 5 vollständig gezeigt, während die übrigen Schaufeln 4, 5, 24 lediglich durch strichpunktierte Linien dargestellt sind.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, every second radial blade is designed as a shortened radial blade 24 , each of which also merges continuously into a chamber blade 5 . In Fig. 2, only one radial blade 4 with its subsequent chamber blade 5 is shown completely, while the remaining blades 4 , 5 , 24 are only shown by dash-dotted lines.

An einer Umfangsstelle ist im Seitenkanal 13 ein Unterbrecher 16 angeordnet, der in Fig. 2 schematisch durch zwei gestrichelte Linien angedeutet ist.At a circumferential point, an interrupter 16 is arranged in the side channel 13 , which is indicated schematically in FIG. 2 by two dashed lines.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ein gleiches Laufrad wie beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 vorgesehen, jedoch ist hier der Seitenkanal 13 an zwei sich diametral gegenüberliegenden Stellen durch je einen Unterbrecher 16, 25 unterbrochen. In Fig. 2 ist die Lage des zweiten Unterbrechers 25 strichpunktiert angedeutet. Beide Unterbrecher 16, 25 leiten den Gasstrom in einen gemeinsamen ringförmigen Sammelkanal 26, an den wiederum über den Auslaß 18 ein Verbraucher angeschlossen werden kann.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the same impeller as in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2 is provided, but here the side channel 13 is interrupted at two diametrically opposite points by an interrupter 16 , 25 each. The position of the second interrupter 25 is indicated by dash-dotted lines in FIG. 2. Both interrupters 16 , 25 conduct the gas flow into a common annular collecting channel 26 , to which a consumer can in turn be connected via the outlet 18 .

Der Erfindung zufolge ist aber auch möglich, den Unterbrechern 16, 25 und evtl. weiteren Unterbrechern jeweils einen gesonderten Sammelraum 17 mit jeweils eigenem Auslaß 18 zuzuordnen, so daß verschiedene Verbraucher an die Strömungsmaschine gleichzeitig angeschlossen werden können. Hierbei ist es auch möglich, zwei oder mehr Unterbrecher ungleichmäßig über den Umfang des Seitenkanals 13 zu verteilen, so daß in den einzelnen Sammelräumen 17 dann unterschiedliche Volumenströme und unterschiedliche Drücke für die anzuschließenden Verbraucher zur Verfügung stehen. Bei der Anordnung mehrerer Unterbrecher ist darauf zu achten, daß die am Laufrad auftretenden Kippmomente sich möglichst kompensieren.According to the invention, however, it is also possible to assign a separate collecting space 17 , each with its own outlet 18 , to the breakers 16 , 25 and possibly further breakers, so that different consumers can be connected to the turbomachine simultaneously. It is also possible to distribute two or more interrupters unevenly over the circumference of the side channel 13 , so that different volume flows and different pressures are then available in the individual collecting spaces 17 for the consumers to be connected. When arranging several interrupters, make sure that the tilting moments occurring on the impeller are compensated for as far as possible.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines Laufrades 27, bei welchem zwischen zwei Radialschaufeln 28 jeweils zwei Splitterschaufeln 29 angeordnet sind. Der Neigungswinkel b der Radialschaufeln 28 bzw. Splitterschaufeln 29 und der Kammerschaufeln 30 gegenüber der Umfangstangente T im Übergangsbereich beträgt hier etwa 15°. Die Kammerschaufeln 30 sind hier in ihrer Längserstreckung steiler gegen die Umfangsrichtung gestellt als beim Laufrad nach Fig. 2. FIG. 4 shows a modified embodiment of an impeller 27 , in which two splitter blades 29 are arranged between two radial blades 28 . The angle of inclination b of the radial blades 28 or splitter blades 29 and of the chamber blades 30 with respect to the circumferential tangent T in the transition region is approximately 15 ° here. The length of the chamber blades 30 here is steeper against the circumferential direction than in the impeller according to FIG. 2.

Fig. 5 veranschaulicht ein Laufrad 31, bei dem jeweils zwischen zwei, relativ weit auseinanderliegenden Radialschaufeln 32 mit nachfolgender Kammerschaufel 33 zwei weitere Kammerschaufeln 34 vorgesehen sind, denen keine Radialschaufeln zugeordnet sind. FIG. 5 illustrates an impeller 31 , in which two further chamber blades 34 , to which no radial blades are assigned, are provided between two, relatively far apart radial blades 32 with subsequent chamber blades 33 .

Fig. 6 veranschaulicht eine Ausführungsform des Kreiselverdichters, bei dem die an die Radialschaufeln 35 angrenzenden Kammerschaufeln 36 zu der der Ansaugseite 8 gegenüberliegenden Gehäuserückwand 37 gerichtet sind, in der der Seitenkanal 38 ausgebildet ist. Die zwischen den Kammerschaufeln 36 liegenden Kammern sind durch die Gehäuseumfangswand 39 nach außen hin und durch den Laufradkorpus 40 nach innen hin abgeschlossen. Bei dieser Ausführungsform wird der von den Radialschaufeln 35 gelieferte Gasstrom in Richtung der Längserstreckung der Radialschaufeln 35 in die Kammern und den Seitenkanal 38 des Seitenkanalverdichters eingeleitet, wobei der Gasstrom eine wesentlich geringere Umlenkung erfährt als beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, wo der Gasstrom beim Eintritt in den Seitenkanalverdichter zurückgelenkt wird. Der Seitenkanal 38 erweitert sich über seinen Umfang hinweg kontinuierlich, wobei sein geringster Querschnitt 41 unmittelbar hinter dem Unterbrecher 42 liegt und über einen mittleren Querschnitt 43 bis in seinen größten Querschnitt 44 übergeht, der unmittelbar vor dem Unterbrecher 42 liegt, wie in Fig. 6 gestrichelt angedeutet ist. Der Auslaß 18 des Kreiselverdichters liegt hier auf der der Ansaugseite 8 gegenüberliegenden Rückseite des Gehäuses. Diese Ausführungsform ist für eine mehrstufige Strömungsmaschine geeignet, bei der mehrere Anordnungen nach Fig. 6 hintereinander geschaltet sind. FIG. 6 illustrates an embodiment of the centrifugal compressor in which the chamber blades 36 adjoining the radial blades 35 are directed towards the housing rear wall 37 opposite the suction side 8 , in which the side channel 38 is formed. The chambers lying between the chamber blades 36 are closed off from the outside by the housing peripheral wall 39 and to the inside by the impeller body 40 . In this embodiment, the gas stream supplied by the radial vanes 35 is introduced in the direction of the longitudinal extent of the radial vanes 35 into the chambers and the side channel 38 of the side channel compressor, the gas flow undergoing a much smaller deflection than in the exemplary embodiment according to FIG. 1, where the gas flow when it enters is directed back into the side channel compressor. The side channel 38 widens continuously over its circumference, its smallest cross section 41 being immediately behind the interrupter 42 and passing over a central cross section 43 to its largest cross section 44 , which is immediately in front of the interrupter 42 , as shown in dashed lines in FIG. 6 is indicated. The outlet 18 of the centrifugal compressor lies here on the rear side of the housing opposite the suction side 8 . This embodiment is suitable for a multi-stage turbomachine in which several arrangements according to FIG. 6 are connected in series.

Schließlich zeigt Fig. 7 noch eine Ausführungsform, bei der die Kammerschaufeln 45 radial in einen Seitenkanal 46 hineinragen. Die Radialschaufeln 47 und die Verbreiterungen 48 der Kammerschaufeln 45 sind hier jeweils durch eine Deckscheibe 49 des Laufrades 50 abgedeckt. Die in der Ansicht nach Fig. 7 rechteckigen Kammerschaufeln 45 bilden Kammern, die sowohl radial nach außen als auch in beide axiale Richtungen zum Seitenkanal 46 hin offen sind. Der Seitenkanal 46 umschließt hier das Laufrad 50 als peripherer Kanal und ist symmetrisch zu einer Diametralebene 51, die durch die Mitte der axialen Erstreckung der Kammerschaufeln 45 verläuft. Ein Unterbrecher 52 umgreift die Kammerschaufeln 45 an ihren drei freien Seiten und leitet den Gasstrom zu einem an der Gehäuseumfangswand 53 vorgesehenen Auslaß 54 weiter.Finally, FIG. 7 shows an embodiment in which the chamber blades 45 protrude radially into a side channel 46 . The radial blades 47 and the widenings 48 of the chamber blades 45 are each covered here by a cover plate 49 of the impeller 50 . The chamber blades 45 which are rectangular in the view according to FIG. 7 form chambers which are open both radially outwards and in both axial directions towards the side channel 46 . The side channel 46 encloses the impeller 50 as a peripheral channel and is symmetrical to a diametral plane 51 which runs through the center of the axial extension of the chamber blades 45 . An interrupter 52 engages around the chamber blades 45 on its three free sides and forwards the gas flow to an outlet 54 provided on the housing peripheral wall 53 .

Fig. 8 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 7. Die zwischen Radialschaufeln 56 liegenden Strömungskanäle S münden hier radial in einen peripheren Doppelseitenkanal 57, der zwei axial nebeneinander liegende Zirkulationsräume 58, 59 aufweist, in welche die Kammerschaufeln 60 jeweils hälftig hineinragen, so daß sich die vom Radialverdichter gelieferten Volumenströme in zwei Zirkulationsströmungen 61, 62 aufteilen. Zur gegenseitigen Abgrenzung dieser Zirkulationsströmungen sind an der Gehäusewand 63 und an jeder Hälfte der Kammerschaufeln 60 gerundete Strömungsformer 64, 65, 66 angeformt, die den Doppelseitenkanal 57 mittig einschnüren und die im Querschnitt kreisbogenförmigen Wände 67, 68 der Zirkulationsräume 58, 59 strömungsgünstig verlängern. FIG. 8 shows a modification of the embodiment according to FIG. 7. The flow channels S lying between radial blades 56 open here radially into a peripheral double-sided channel 57 which has two circulation spaces 58 , 59 lying axially next to one another, into which the chamber blades 60 each project in half, so that the volume flows supplied by the radial compressor are divided into two circulation flows 61 , 62 . For mutual distinction of these circulation flows of the chamber blades are provided on the housing wall 63 and on each half 60 rounded flow shapers 64, 65 formed, 66 which constrict the double side channel 57 in the center and the circular arc-shaped in cross-section walls 67, 68 of the circulation spaces 58, 59 aerodynamically extend.

Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen liegt der Krümmungswendepunkt zwischen den konvex gekrümmten Radialschaufeln 4 und den konkav gekrümmten Kammerschaufeln 5 exakt am äußeren Umfang des Radialverdichters, d. h. bei den Öffnungen 55 nach Fig. 1. Es ist aber auch möglich, den Krümmungswendepunkt innerhalb eines gewissen Übergangsbereiches zwischen Radialschaufel 4 und Kammerschaufel 5 anzuordnen, indem beispielsweise ein äußerer Endabschnitt der Radialschaufeln 4 bereits eine schwache konkave Krümmung erhält, bzw. ein innerer Endabschnitt der Kammerschaufeln 5 noch eine schwache konvexe Krümmung aufweist.In all of the exemplary embodiments shown, the point of curvature between the convexly curved radial blades 4 and the concavely curved chamber blades 5 lies exactly on the outer circumference of the radial compressor, that is to say at the openings 55 according to FIG. 1. However, it is also possible for the point of curvature to be within a certain transition range between the radial blades 4 and chamber blade 5 to be arranged by, for example, an outer end section of the radial blades 4 already having a weak concave curvature, or an inner end section of the chamber blades 5 still having a weak convex curvature.

BezugszeichenlisteReference list

1 Gehäuse
2 Laufrad
3 Stirnseite von 2
4 Radialschaufel
5 Kammerschaufel
6 Stirnende von 4
7 axiale Verbreiterung
8 Ansaugseite
9 Rückwand
10 Vorderwand
11 Ansaugstutzen
12 Umfangswand
13 Seitenkanal
14 Boden
15 Kammer
16 Unterbrecher
17 Sammelraum
18 Auslaß
19 Deckwand
20 Abschlußwand
21 Laufradachse
22 innenliegendes Ende von 4
23 Übergangsstelle
24 Verkürzte Radialschaufel
25 Unterbrecher
26 Sammelkanal
27 Laufrad
28 Radialschaufel
29 Splitterschaufel
30 Kammerschaufel
31 Laufrad
32 Radialschaufel
33 Kammerschaufel
34 Kammerschaufel
35 Radialschaufel
36 Kammerschaufel
37 Gehäuserückwand
38 Seitenkanal
39 Umfangswand
40 Laufradkorpus
41 Querschnitt (klein)
42 Unterbrecher
43 Querschnitt (mittel)
44 Querschnitt (groß)
45 Kammerschaufel
46 Seitenkanal
47 Radialschaufel
48 Verbreiterung
49 Deckscheibe
50 Laufrad
51 Diametralebene
52 Unterbrecher
53 Umfangswand
54 Auslaß
55 Öffnung
56 Radialschaufel
57 Doppelseitenkanal
58 Zirkulationsraum
59 Zirkulationsraum
60 Kammerschaufel
61 Zirkulationsströmung
62 Zirkulationsströmung
63 Gehäusewand
64 Strömungsformer
65 Strömungsformer
66 Strömungsformer
67 Wand
68 Wand
d Radialverdichterdurchmesser
D Ringdurchmesser
h axiale Höhe von 4
b Winkel
U Drehrichtung
S Strömungskanal 1 housing
2 impeller
3 face of 2
4 radial blades
5 chamber scoop
6 front end of 4
7 axial widening
8 suction side
9 rear wall
10 front wall
11 intake manifold
12 peripheral wall
13 side channel
14 bottom
15 chamber
16 breakers
17 collecting room
18 outlet
19 top wall
20 end wall
21 impeller axis
22 inner end of 4
23 transition point
24 Shortened radial blade
25 breakers
26 collecting channel
27 impeller
28 radial blade
29 splinter shovel
30 chamber scoop
31 impeller
32 radial blade
33 chamber scoop
34 chamber scoop
35 radial blade
36 chamber scoop
37 rear wall of housing
38 side channel
39 peripheral wall
40 impeller body
41 cross section (small)
42 breakers
43 cross section (medium)
44 cross section (large)
45 chamber scoop
46 side channel
47 radial blade
48 broadening
49 cover plate
50 impeller
51 diametral plane
52 breakers
53 peripheral wall
54 outlet
55 opening
56 radial blade
57 double-sided channel
58 circulation space
59 circulation space
60 chamber scoop
61 Circulation flow
62 Circulation flow
63 housing wall
64 flow formers
65 flow formers
66 flow formers
67 wall
68 wall
d radial compressor diameter
D ring diameter
h axial height of 4
b angle
U direction of rotation
S flow channel

Claims

1. centrifugal compressor with a radial blades ( 4 , 28 , 32 , 35 , 47 ) having radial compressor impeller ( 2 , 27 , 31 , 40 , 50 ) which feeds a side channel compressor which has a ring of chambers ( 15 ) through Chamber blades ( 5 , 30 , 33 , 36 , 45 ) attached to the impeller are separated, the ring diameter (D) of the side channel ( 13 , 38 , 46 ) of the side channel compressor being equal to or larger than the diameter (d) of the radial blades ( 4 , 28 , 32 , 35 , 47 ) supporting part of the impeller ( 2 , 27 , 31 , 40 , 50 ), the chambers ( 15 ) at their at the outer ends ( 6 ) of the radial blades ( 4 , 28 , 32 , 35 , 47 ) have adjacent openings ( 55 ) and the radial vanes ( 4 , 28 , 32 , 35 , 47 ) flow continuously into the chamber vanes ( 5 , 30 , 33 , 36 , 45 ), characterized in that - in end view - the chamber blades (5) and the radial blades (4) each having opposite Kr have mmungen that the chamber blades (5) and the radial blades (4) have at their crossing point (23) has a curvature inflection point and in that the blades (4, 5) at the transition point (23) to an equally large angle (b) of less than 30 ° degrees, e.g. B. of 15 °, relative to the circumferential tangent (T) at the transition point ( 23 ).

2. Centrifugal compressor according to claim 1, characterized in that at its radially inner end ( 22 ) substantially at right angles from the impeller ( 2 ) projecting radial blades ( 4 ) and the subsequent chamber blades ( 5 ), with their longitudinal extent increasingly, towards the impeller plane at the front, ie in the direction of rotation of the impeller (U).

3. Centrifugal compressor according to claims 1 and 2, characterized in that the chamber blades ( 5 ) each have a widening ( 7 ) which is directed towards the side channel ( 13 ), and that the chambers ( 15 ) in the region of these widenings ( 7 ) are partially closed radially inwards by an end wall ( 20 ).

4. Centrifugal compressor according to claims 1 to 3, characterized in that the height (h) of the radial blades ( 4 ) decreases radially outwards and that the radial blades ( 4 ) on their side opposite the impeller ( 2 ) have a housing-side cover wall ( 19 ) or a cover disk ( 49 ) formed on the impeller ( 50 ) and that the cover wall ( 19 ), or the cover disk ( 49 ), is also the end wall ( 20 ) of the chambers ( 15 ) in the region of the widenings ( 7 , 48 ) forms.

5. Centrifugal compressor according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the radial blades ( 4 ) bearing end face ( 3 ) of the impeller ( 2 ) is conical and the radial blades ( 4 ) in their longitudinal extent obliquely with respect to the impeller axis ( 21 ) are inclined.

6. Centrifugal compressor according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the side channel ( 13 ) is formed in the housing front wall ( 10 ) having the impeller suction side ( 8 ) and lies axially next to the chamber blades ( 5 ) ( Fig. 1) .

7. Centrifugal compressor according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the side channel ( 38 ) in the impeller suction side ( 8 ) opposite housing rear wall ( 37 ) is formed and is axially adjacent to the chamber blades ( 36 ) ( Fig. 6) .

8. Centrifugal compressor according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the side channel ( 46 ) is formed in the housing peripheral wall ( 53 ) and that the chamber blades ( 45 ) protrude radially outward into the side channel ( 46 ) ( Fig. 7).

9. Centrifugal compressor according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that in the side channel ( 13 ) a plurality of interrupters ( 16 , 25 ) are distributed over the circumference in an arrangement compensating their tilting moments.

10. Centrifugal compressor according to claim 9, characterized in that in the case of several interrupters ( 16 , 25 ) either each interrupter ( 16 ) is provided with a separate outlet ( 18 ) or all interrupters ( 16 , 25 ) via an annular collecting channel ( 26 ) are connected to a common outlet ( 18 ).

11. Centrifugal compressor according to claims 9 or 10, characterized in that the side channel ( 38 ) between the back of an interrupter ( 42 ) and the front of the next interrupter continuously expanded.

12. Centrifugal compressor according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that shortened radial blades ( 24 ; 29 ) lie between radial blades of full length on their inlet side.

13. Centrifugal compressor according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that further separate chamber blades ( 34 ) are provided on the impeller ( 31 ) between the chamber blades ( 33 ) integral with the radial blades ( 32 ).

14. Centrifugal compressor according to claim 8 and one or more of claims 9 to 13, characterized in that between two radial blades ( 56 ) lying flow channels (S) open radially in a peripheral double-sided channel ( 57 ), the two adjacent circulation spaces ( 58 , 59 ) into which the chamber blades ( 60 ) each protrude in half.

15. Centrifugal compressor according to claim 14, characterized in that on the housing wall ( 63 ) and on the chamber blades ( 60 ) rounded flow formers ( 64 , 65 , 66 ) are formed which constrict the double-sided channel ( 57 ) in the middle and the two circulation spaces ( 58 , 59 ) largely separate from each other.