Mehrstufiger Axialoerdiehter. Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrstufigen Axialverdichter und ist da durch gekennzeichnet, dass der die Schaufel kränze enthaltende Förderkanal in radialer Richtung mindestens auf einer Seite durch Zylinderflächen begrenzt ist, die stufenför mig aneinander gereiht sind. Vorteilhaft wird rler den Laufkranz und ,den Leitkranz einer Verdichterstufe enthaltende Teil des Förder- kanals innen und aussen je durch eine Zylin derfläche begrenzt.
Bei AYialverdichtern bilden sich an den Begrenzungsflächen des die Schaufelkränze enthaltenden Förderkanals Grenzschichten verzögerter Strömungsgeschwindigkeit aus. Wenn die Dicke dieser Grenzschichten so gross wird, dass grössere Endstücke der Lauf und Leitschaufeln in diese hineinragen, so stellen sich - der verminderten Strömungs- geschwindigkeit wegen - AblösunbgserscUei- nungen ein, die die Strömungsverhältnisse ungünstig beeinflussen und damit den Wir kungsgrad derMaschine verschlechtern.
Wird die Grenzschichtdicke durch Absaugen ver- mindert, so werden wohl Verluste, die wegen Ablösungserscheinungen eintreten könnten, verhütet; anderseits entstehen aber infolge der Absaugung Verluste, welche ebenso gross oder noch grösser wie die durch Strömungs ablösung hervorgerufenen Verluste werden.
Auch die einfache Beschleunigung der Ge- samtströmung vermag keinen wesentlichen Vorteil zu bringen, weil infolge der erhöhten Geschwindigkeit in den letzten Stufen die Schaufelhöhe so klein wird, dass das Verhält nis der Grenzschichtdicke zur verminderten Schaufelhöhe gegenüber den Verhältnissen bei nicht beschleunigter Strömung kaum klei ner oder in vielen Fällen sogar vergrössert wird.
Wird -die Begrenzung des Förderkanals durch Zylinderflächen gebildet, die - sofern sie nicht .den gleichen Durchmesser besitzen - stufenförmig aneinander gereiht sind, so ergeben sich sprunghafte Änderungen, wel che die .in einer Stufe sich bildende Grenz- schicht beim Übergang in die nächste Stufe mindestens teilweise zerstören, so dass ihre Dicke entsprechend verkleinert wird.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 bis 3 zeigen bekannte Ausführungen von Axial verdichtern. Fig. 4 bis 6 zeigen Ausfüh- rungsbeispiele der Erfindung. Endlich sind durch die Fig. 7 die Strömungsverhältnisse dargestellt, die sich beim Übergang von einer Stufe zur nächsten einstellen.
Beim Durchtritt des zu verdichtenden Mittels durch die bekannten Verdichter <U>('Fit'-.</U> 1 bis 3) verkleinert sich mit wachsen der Verdichtung das spezifische Volumen. Es wurden deshalb, um eine konstante Durch trittsgeschwindigkeit durch den ganzen För- derkanal 1 des Verdichters einzuhalten, eine oder beide der Begrenzungsflächen 2 und 3 des Förderkanals kegelig ausgebildet.
Gemäss der Erfindung wird auf die ste tige Begrenzung des Strömungskanals (Fig. 4 bis 6) verzichtet; die Begrenzungsflächen 2 und 3 werden vielmehr durch Zylinderflächen gebildet, die mindestens teilweise stufen förmig aneinander gereiht sind.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die äussere und die innere Begrenzungs fläche 2 und 3, beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 nur die innere Begrenzungsfläche < 3 und beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 nur die äussere Begrenzungsfläche 2 aus stufenförmig aneinander gereihten Zylinder flächen gebildet.
Die Verengung des Kanal querschnittes ist derart bemessen, dass die mittlere Geschwindigkeit in den einzelnen Stufen ungefähr gleich gross ist. Vorteilhaft erfolgt der Übergang von einer Stufe zur fol genden zwischen einem Laufrad und dem nachfolgenden Leitrad, da das Leitrad als solches schon als Diffusor zur Wirkung kommt.
Die Übergänge an den Stufen zwischen zwei Zylindern verschiedenen Durchmessers werden zweckmässig mit Abrundungen aus geführt, die tangential in die anschliessende Zylinderfläche übergehen. In Fig. 7 sind einige Strömungsfäden 4 und 5 in der Um gebung des Überganges von einer Zylinder fläche 6 mit dem Durchmesser D in die Zy linderfläche 7 mit dem Durchmesser d dar gestellt.
Zwischen der Zylinderfläche 6 und dem Strömungsfaden 5 hat sich eine Grenz- schiert von der Dicke S ausgebildet, die bei der Übergangsstufe zwischen den Zylinder flächen 6 und 7 infolge der Strömungsunste tigkeit auf die Dicke s verkleinert wird. Die Geschwindigkeitsverteilung an den Stellen 8 bezw. 9 ergibt sich aus den Kurven 10 bezw. 11.
Im Bereich der normalen Strömung weist die Geschwindigkeit an beiden Stellen 8 und 9 den gleichen Wert T' auf; sie fällt aber im Bereich der Grenzströmung bis auf den Wert 0 an der Begrenzungsfläche ab. Durch die Einschnürung werden die langsamer strömen den Mengen im Bereich der Grenzschicht an der Zylinderfläche 6 am meisten heschleu- nigt, so dass .die Grenzschichtdicke nach der Einschnürung entsprechend kleiner wird.
Die Strömung ausserhalb der Grenzschicht wird durch die Einschnürung nur unwesentlich be- einflusst, so dass die Geschwindigkeit im Be reich der ganzen Strömung im wesentlichen unverändert bleibt.
Multi-stage axial puller. The invention relates to a multi-stage axial compressor and is characterized in that the conveying channel containing the blade wreaths is delimited in the radial direction at least on one side by cylindrical surfaces which are lined up in a step-like manner. Advantageously, the running ring and the part of the conveying channel containing the guide ring of a compressor stage are delimited inside and outside by a cylinder surface.
In axial compressors, boundary layers of delayed flow velocity are formed on the boundary surfaces of the conveyor channel containing the blade rings. If the thickness of these boundary layers is so great that larger end pieces of the runner and guide vanes protrude into them, then - due to the reduced flow speed - separation prevention occurs which has an unfavorable influence on the flow conditions and thus deteriorates the efficiency of the machine.
If the boundary layer thickness is reduced by suction, losses that could occur due to detachment phenomena are probably prevented; on the other hand, however, as a result of the suction, losses occur which are as large or even greater than the losses caused by the flow separation.
Even the simple acceleration of the total flow cannot bring any significant advantage, because as a result of the increased speed in the last stages the blade height becomes so small that the ratio of the boundary layer thickness to the reduced blade height is hardly smaller or less than the ratio of non-accelerated flow in many cases it is even enlarged.
If the delimitation of the conveying channel is formed by cylinder surfaces which - provided they do not have the same diameter - are strung together in steps, then there are sudden changes, which are the boundary layer that forms in one step during the transition to the next step at least partially destroy them so that their thickness is reduced accordingly.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Fig. 1 to 3 show known designs of axial compressors. 4 to 6 show exemplary embodiments of the invention. Finally, FIG. 7 shows the flow conditions which are established during the transition from one stage to the next.
When the medium to be compressed passes through the known compressors <U> ('Fit'-. </U> 1 to 3), the specific volume decreases as the compression increases. Therefore, in order to maintain a constant passage speed through the entire delivery channel 1 of the compressor, one or both of the boundary surfaces 2 and 3 of the delivery channel have a conical shape.
According to the invention, the ste term limitation of the flow channel (FIGS. 4 to 6) is dispensed with; the boundary surfaces 2 and 3 are rather formed by cylinder surfaces which are at least partially strung together in a stepped manner.
In the embodiment of FIG. 4, the outer and inner boundary surfaces 2 and 3, in the embodiment of FIG. 5 only the inner boundary surface <3 and in the embodiment of FIG. 6 only the outer boundary surface 2 are formed from stepped cylinder surfaces.
The narrowing of the channel cross-section is dimensioned in such a way that the average speed in the individual stages is approximately the same. Advantageously, the transition from one stage to the following takes place between an impeller and the following stator, since the stator as such acts as a diffuser.
The transitions at the steps between two cylinders of different diameters are expediently rounded off, which merge tangentially into the adjoining cylinder surface. In Fig. 7, some flow threads 4 and 5 are in the order of the transition from a cylinder surface 6 with the diameter D in the cylinder surface 7 with the diameter d is provided.
Between the cylinder surface 6 and the flow filament 5, a boundary of thickness S has formed, which is reduced to the thickness s at the transition stage between the cylinder surfaces 6 and 7 due to the unfavorable flow. The speed distribution at the points 8 respectively. 9 results from the curves 10 respectively. 11.
In the normal flow range, the speed at both points 8 and 9 has the same value T '; however, it falls in the area of the boundary flow down to the value 0 at the boundary surface. As a result of the constriction, the more slowly flowing quantities in the area of the boundary layer on the cylinder surface 6 are accelerated most, so that the boundary layer thickness becomes correspondingly smaller after the constriction.
The flow outside the boundary layer is only insignificantly influenced by the constriction, so that the speed in the area of the entire flow remains essentially unchanged.