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Die
vorliegende Erfindung betrifft radial arbeitende Strömungsmaschinen
mit beschaufelten Laufrädern
und radial um die Laufräder
angeordneten, diesen nachgeschalteten, Diffusoren mit einer Mehrzahl
von unbeweglich in wenigstens einer Seitenwand verankerten Leitschaufeln.
Eine Verbesserung der Performance dieser Radialverdichter ist Bestandteil
der hier beschriebenen Erfindung.
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Strömungsmaschinen
werden in vielen Bereichen der Industrie und Technik eingesetzt.
Je nach ihrem Einsatzzweck werden Arbeitsmaschinen und Kraftmaschinen
unterschieden. Die Energiewandlung findet zwischen einem kontinuierlich
strömenden
Fluid und einem oder mehreren rotierenden Schaufel- bzw. Laufrädern statt.
Die Richtung des Energieaustausches zwischen der mechanischen Wellenenergie
und der Strömungsenergie
des Fluids definiert die Einteilung als Kraft- oder Arbeitsmaschine. Bei Kraftmaschinen
erfolgt der Energiefluss vom strömenden
Fluid an das rotierende Laufrad. Turbinen stellen solche Kraftmaschinen
dar. Bei Arbeitsmaschinen erfolgt der Energiefluss vom Laufrad an das
Fluid. Hierzu gehören
Pumpen und Verdichter. Weiterhin können die Strömungsmaschinen
nach ihrer Durchströmrichtung
in axiale, diagonale und radiale Strömungsmaschinen unterschieden
werden. Axialmaschinen zeichnen sich durch einen hohen Durchfluss
bei geringem Druckgefälle
aus, während Radialmaschinen
ein hohes Druckgefälle
bei geringem Durchfluss aufweisen.
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Mit
zahlreichen Weiterentwicklungen der seit langem bekannten Strömungsmaschinen
wurden zunehmend bessere Wirkungsgrade bei der Energiewandlung erreicht.
Auch aktuelle Weiterentwicklungen richteten sich nach einem besseren
Gesamtwirkungsgrad und/oder einer Verbreiterung eines günstigen
Arbeitsbereichs, um auch außerhalb
eines optimalen Betriebs- bzw. Arbeitspunktes ausreichend hohe Wirkungsgrade
erzielen zu können.
Eine sinnvolle Möglichkeit
bei der Optimierung von Strömungsmaschinen
stellt die verbesserte Gestaltung und Auslegung eines dem rotierenden
Schaufelrad zugeordneten Diffusors dar. Die Diffusoren werden so
ausgelegt, dass sie die in der Strömungsgeschwindigkeit enthaltene
kinetische Energie in Druckenergie umwandeln, wobei sie die Druckrückgewinnung
nach dem Laufrad unterstützen.
Gut funktionierende Diffusoren unterstützen damit wesentliche Aufgaben
radial arbeitender Strömungsmaschinen. Ihre
Funktionstüchtigkeit
wird durch den so genannten Diffusorwirkungsgrad charakterisiert,
der das Verhältnis
des gemessenen statischen Druckrückgewinns
der reibungsbehafteten Strömung
zum Druckgewinn nach Bernoulli bei reibungsfreier Strömung liefert.
Da im Diffusor keine Energiezufuhr erfolgt, sondern lediglich eine
Umwandlung von dynamischen Druck in statischen Druck stattfindet,
und dies möglichst
verlustarm, werden zwei weitere Beiwerte zur Ermittlung der Qualität eines
Diffusors verwendet: Der Druckrückgewinnungsbeiwert
Cp und der Verlustbeiwert K.
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Der
Druckrückgewinnungsbeiwert
Cp eines realen oder idealen Diffusors wird
als der Quotient zwischen der Druckerhöhung im Diffusor und dem dynamischen
Druck am Diffusoreinlass errechnet. Er kann als Maß dafür genommen
werden, welcher Anteil des dynamischen Drucks am Einlass in statischen Druck
zurückgewandelt
wird. Je höher
der Druckrückgewinnungsbeiwert,
umso besser kann im Diffusor dynamischer Druck in statischen Druck
umgewandelt werden. Der Druckrückgewinn
soll aber möglichst
verlustarm, d. h. mit möglichst
geringer Abnahme des Totaldrucks bezogen auf den dynamischen Druck
am Diffusoreinlass, erfolgen. Deshalb benötigt man noch als zweiten Parameter
den Druckverlustbeiwert, der als Quotient zwischen der Totaldruckabnahme
im Diffusor und dem dynamischen Druck am Diffusoreinlass definiert
wird. Je kleiner der Druckverlustbeiwert, umso geringer sind die
Totaldruckverluste im Diffusor, bspw. durch große Bereiche mit Strömungsablösungserscheinungen
oder durch Stoßverluste.
Ein wirkungsvoller Diffusor muss also einen möglichst hohen Druckrückgewinnungsbeiwert
bei geringem Druckverlustbeiwert aufweisen. Je geringer somit der
Druckverlustbeiwert K ist, umso höher sind der Druckrückgewinnungsbeiwert
und der Diffusorwirkungsgrad. Allerdings muss hierfür, als Nebenbedingung,
auch der ideale Druckrückgewinn entsprechend
groß sein,
d. h. das Gesamtgebläse muss
gut ausgelegt werden.
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Aus
der
DE 30 44 920 C2 ist
ein Diffusor für einen
Radialverdichter bekannt, der verstellbare Diffusorschaufeln aufweist,
was eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades bei variierenden
Betriebsbedingungen ermöglichen
soll.
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Weiterhin
ist aus der
DE 37 05
307 A1 ein Radialverdichter mit einem Laufrad und einem
diesem nachgeordneten beschaufelten Diffusor bekannt, bei dem die
vor den Schaufeln des Radialleitschaufelkranzes auftretenden Verdichtungsstöße stabilisiert
werden sollen. Zu diesem Zweck sind die Schaufeln des Radialleitschaufelkranzes
abwechselnd in zwei unterschiedlichen Längen ausgebildet. Zudem sind
Schlitze vorgesehen, die mit einem Speicherraum verbunden sind.
Die Schlitze sind annähernd
rechtwinkelig vor den kurzen Schaufeln angeordnet und erstrecken
sich bis seitlich neben die Schaufelvorderkanten der nächstliegenden
langen Schaufeln.
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Weiterhin
ist aus der
US 4 131
389 A ein Radialverdichter mit einem dem Verdichter nachgeschalteten,
beschaufelten Diffusor bekannt, der strömungseintrittseitig des Radialleitschaufelkranzes Schlitze
in den Diffusorkanalwänden
aufweist. Diese Schlitze münden
in hinter den Diffusorkanalwänden angeordnete
Speicherräume.
Die Anordnung soll eine Ablösung
der Grenzschichten an den Diffusorschaufeln vermindern und soll
dadurch eine Reduktion der Pumpzone bewirken.
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Die
DE 2 204 488 A beschreibt
einen Leitkranz für
Kreiselverdichter mit einer Anzahl an Schaufeln, die jeweils eine
konkave und eine konvexe Fläche
und mehrere Durchlässe
oder Kanäle
aufweisen, die sich durch die Schaufeln von deren einer zur anderen
Fläche
erstrecken. Die Durchbrüche oder
Kanäle
bilden einen Weg für
das Strömungsmittel
von der einen Fläche
jeder Schaufel zur anderen, wodurch ein Teil der Grenzschicht von
einer Fläche zur
anderen übertreten
kann, wenn eine Druckdifferenz durch die Schaufel besteht.
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Die
DE 195 48 852 A1 offenbart
einen Radialverdichter für
Abgasturbolader, dessen Kennfeld durch Beeinflussung einer Diffusorströmung erweitert
ist. Der Radialverdichter weist ein Verdichterrad mit einem nachgeordneten,
beschaufelten Diffusor auf, dessen Leitschaufeln eine Druckseite,
eine Saugseite sowie eine zum Verdichterrad ausgerichtete Vorderkante
besitzen. Weiterhin ist bei dem Radialverdichter jeweils zwischen
der Saugseite und der Druckseite benachbarter Leitschaufeln eine engste
Querschnittsfläche
ausgebildet. Zumindest eine Leitschaufel des Diffusors besitzt eine
von der Druckseite zur Saugseite reichende Öffnung, welche sich zumindest über einen
Teil einer zur Leitschaufel gehörenden
Schaufelhöhe
erstreckt und radial im Bereich zwischen der Vorderkante der Leitschaufel sowie
der auf ihrer Saugseite befindlichen engsten Querschnittsfläche zur
benachbarten Leitschaufel angeordnet ist.
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Aus
der
DE 31 47 334 C1 ist
eine Einrichtung zur Steuerung der engsten Strömungsquerschnitte zwischen
den Diffusorleitschaufeln eines Radialverdichters bekannt. Die Einrichtung
soll sich insbesondere für
Gasturbinentriebwerke eignen. Die Diffusorleitschaufeln weisen Bypasskanäle auf,
welche die Schaufeldruckseite und die Schaufelsaugseite jeweils
untereinander verbinden.
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Die
DE 29 30 055 A1 beschreibt
schließlich eine
Gasturbine, deren Brennkammer der Brennstoff durch eine Zerstäuberdüse zugeführt wird.
Mindestens ein Kanal des Nachleitgitters des Verdichters der Gasturbine
mit der Zerstäuberdüse durch
eine Leitung verbunden ist. Dieser Kanal ist mit einer Grenzschichtabsaugung
versehen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, eine radial
arbeitende Strömungsmaschine
mit möglichst
gutem Wirkungsgrad zur Verfügung
zu stellen, insbesondere durch Kombination und Zusammenwirkung mit
einem verbesserten Diffusor, dessen Diffusorwirkungsgrad optimiert
ist. Der verbesserte Wirkungsgrad soll zudem unter verschiedenen
Betriebsbedingungen und nicht nur im optimalen Betriebspunkt erreicht
werden.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 erreicht.
Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt einen Radialverdichter mit einem
beschaufelten Laufrad und einem radial um das Laufrad angeordneten,
diesem nachgeschalteten, Diffusor. Der Diffusor umfasst eine Mehrzahl
gleichartiger, jeweils unbeweglich in wenigstens einer axialen Seitenwand
eines Verdichtergehäuses
verankerter Leitschaufeln. Gemäß der vorliegenden
Erfindung weisen zumindest einige der Leitschaufeln des Diffusors
jeweils mehrere Durchbrüche
in ihren Wandungen auf.
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Die
Durchbrüche
befinden sich vorzugsweise jeweils in einem mittleren Abschnitt
der Leitschaufeln, in vorgegebenem Abstand zum Laufrad. Die Erfindung
sieht vor, dass mehrere in radialer Richtung nach außen aufeinander
folgende Durchbrüche
in den Leitschaufeln eine zunehmende Größe aufweisen. Wahlweise können nur
einige oder alle Leitschaufeln des Diffusors Durchbrüche bzw.
Unterbrechungen in ihren mittleren Abschnitten aufweisen.
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Wahlweise
können
die mit Durchbrüchen versehenen
Leitschaufeln des Diffusors eine oder mehrere Unterbrechungen aufweisen.
Alternativ hierzu können
die mit Durchbrüchen
versehenen Leitschaufeln des Diffusors auch schlitzartige und/oder runde
oder anders geformte Durchbrüche
aufweisen. So können
die Leitschaufeln des Diffusors bspw. jeweils mit Perforierungen
versehen sein.
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Zur
Vermeidung von Strömungsbehinderungen
sind die Leitschaufeln großer
Turbinen, bspw. im Kraftwerksbau, beweglich und lassen sich so den Strömungswinkeln
anpassen. Damit kann auch das Zusetzen des Diffusors weitgehend
verhindert werden. Die beweglichen Leitschaufeln erfordern jedoch einen
erheblichen Konstruktions- und Kostenaufwand. Bei kleineren Radialverdichtern
(beispielsweise Radialgebläsen
und Ventilatoren, insbesondere für
den Massenmarkt) kann auf einen solchen Aufwand verzichtet werden.
Die kostengünstig
herstellbaren starren Leitschaufeln lassen sich jedoch in der beschriebenen
Weise mit Durchbrüchen
versehen, wodurch eine einfache und robuste Lösung mit befriedigendem Wirkungsgrad
zur Verfügung
gestellt wird. Der erfindungsgemäße Radialverdichter
eignet sich somit zur kostengünstigen
Herstellung insbesondere kleinerer Aggregate, die je nach benötigten Betriebsbedingungen
(Drehzahl, Volumenstrom etc.) in optimierter Weise ausgelegt werden
können.
Trotz der Auslegung auf einen bestimmten Arbeitspunkt hin ermöglicht der
erfindungsgemäße Radialverdichter
einen Betrieb mit hohem Wirkungsgrad über einen relativ weiten Arbeitsbereich.
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Eine
bevorzugte Variante sieht einen Außendurchmesser des Diffusors
vor, der ungefähr
den anderthalbfachen Wert des Laufraddurchmessers aufweist. Insbesondere
kann ein Durchmesserverhältnis des
Diffusors zum Laufrad ungefähr
den Wert 1,44 aufweisen.
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Bei
Radialarbeitsmaschinen werden Diffusoren verstärkt für die Druckrückgewinnung
genutzt. Eine kombinierte Auslegung des Impellers, des Diffusors
und der Umlenkschaufeln als eine Einheit ist sinnvoll, um einen
optimierten Wirkungsgrad zu erreichen. Der Diffusor erweist sich
hierbei oftmals als limitierendes Bauteil, da es an der engsten
Stelle des Diffusors zu Versperrungen infolge zu geringer Querschnittsflächen kommen
kann. Der Diffusor kann in einen Zustand übergehen, bei dem seine Durchströmung nur
unter erheblichen Energieverlusten möglich ist. Insbesondere können sich
nach den Bereichen der kleinsten Querschnitte der Diffusorkanäle Ablösegebiete
ausbilden. Um die negativen Einflüsse dieser Engstellen zu vermeiden,
wird mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die Diffusorschaufeln
unterbrochen, geschlitzt oder perforiert auszuführen. Damit erfolgt zwischen
dem sich nach der engsten Stelle des Diffusors einstellenden Ablösegebiet
und durch die darunter liegende Schaufel eine Ausgleichsströmung, die
sich positiv auf die Diffusorwirkung auswirkt. Der Effekt der unterbrochenen
Diffusorschaufeln konnte anhand von numerischen Berechnungen wie
auch durch experimentelle Untersuchungen nachgewiesen werden. Damit
wurde gezeigt, dass es gelingen kann, Versperrungen der Diffusoren
in den engsten Querschnitten dadurch zu verringern bzw. zu eliminieren,
indem die Diffusorschaufeln mit Ausgleichsschlitzen für die Strömung versehen
werden. Ähnliche
Effekte lassen sich auch durch eine Perforierung erreichen, d. h.
durch Löcher in
den Diffusorschaufeln.
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Weitere
Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus
der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und
auf die beigefügte Zeichnung
Bezug nimmt. Gleiche Teile in den Figuren sind dabei grundsätzlich mit
gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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1 zeigt
einen Diffusoraufbau bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radialverdichters.
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2 zeigt
verschiedene Betriebszustände herkömmlicher
Verdichter.
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3 zeigt
eine erste Variante eines herkömmlichen
Radialverdichters.
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4 zeigt
eine zweite Variante eines herkömmlichen
Radialverdichters.
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5 zeigt
eine dritte Variante eines herkömmlichen
Radialverdichters.
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6 zeigt
eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Radialverdichter.
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7 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Verdichters gemäß 6.
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8 zeigt
in einem Diagramm verschiedene Wirkungsgradverläufe der Radialverdichterbauformen über dem
Volumenstrom.
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9 zeigt
in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen dem Verlauf des statischen Drucks
und des Volumenstroms für
verschiedene Radialverdichterbauformen.
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Das
nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel
zeigt einen erfindungsgemäßen Radialverdichter 10 mit
einem beschaufelten Laufrad 12 und einem radial um das
Laufrad 12 angeordneten, diesem nachgeschalteten, Diffusor 14.
Der Diffusor 14 umfasst eine Mehrzahl gleichartiger, jeweils
unbeweglich in wenigstens einer axialen Seitenwand 16 eines
Verdichtergehäuses 18 verankerten
Leitschaufeln 20. Wie anhand der 1 verdeutlicht,
weisen die Leitschaufeln 20 des Diffusors 14 mindestens
einen Durchbruch 22 in ihrer Wandung auf. Bevorzugt ist
es jedoch, wenn die Leitschaufeln 20 jeweils mehrere Durchbrüche 22 in
ihren Wandungen aufweisen, wie dies in den 6 und 7 gezeigt
ist. Wahlweise können
die mit Durchbrüchen 22 versehenen
Leitschaufeln 20 des Diffusors 14 eine oder mehrere
Unterbrechungen aufweisen, wie dies in den Figuren dargestellt ist.
Alternativ hierzu können
die mit Durchbrüchen 22 versehenen
Leitschaufeln 20 des Diffusors 14 auch schlitzartige
und/oder runde oder anders geformte Durchbrüche aufweisen. So können die
Leitschaufeln 20 des Diffusors 14 wahlweise jeweils
mit Perforierungen versehen sein (nicht dargestellt). Die Durchbrüche 22 befinden
sich jeweils in einem mittleren Abschnitt der Leitschaufeln 20 in
vorgegebenem Abstand zum Laufrad 12.
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Die
schematische Darstellung der 1 verdeutlicht
einen Diffusoraufbau bei einem erfindungsgemäßen Radialverdichter 10.
Bei höherer
Last besteht die Gefahr des sog. Zusetzens des Diffusors 14,
was dadurch zustande kommt, weil das Laufrad 12 bei Überlastbedingungen
den Diffusor 14 mit einem höheren Volumenstrom an durchströmendem Fluid
beaufschlagt, als dieser zu fassen vermag. Der Diffusor 14 setzt
sich dadurch an seiner engsten Stelle zu, am sog. Diffusorhals 24.
Wird nun genau an dieser Stelle der Diffusorhals 24 geöffnet bzw.
mit einer Unterbrechung 22, einem Schlitz oder einer Perforierung
versehen, so hat dies zur Folge, dass bei Überlast eine Ausgleichsströmung vom
zugesetzten Bereich A in den freien Auslaufbereich B überlaufen kann,
wodurch gleichzeitig der Diffusor 14 entsprechend freigesetzt
wird. Damit sind mit unterbrochenen Leitschaufeln 20 höhere Volumenströme als bei Nennlast
möglich,
ohne dass sich der Diffusor 14 zusetzt. Die Konsequenz
sind höhere
Druckrückgewinnwerte
sowie ein deutlich höherer
Wirkungsgrad der Laufrad-Diffusor-Einheit. Zudem wird das maximale
Fassungsvermögen
des Diffusors 14 deutlich erweitert.
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Die
weiteren Bezugsziffern 26, 28 und 30 bezeichnen
die aufeinander folgenden Abschnitte zwischen den Leitschaufeln 20 im
Diffusor 14. So bezeichnet die Bezugsziffer 26 einen
Leitschaufeleintritt. Die Bezugsziffer 28 bezeichnet einen
Leitschaufelkanal, während
die Bezugsziffer 30 einen Leitschaufelaustritt bezeichnet.
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Die
schematische Darstellung der 2 verdeutlicht
die verschiedenen Betriebszustände
eines typischen Radialverdichters. Bei einer Teillast (rechte Abbildung)
herrscht ein Volumenstrom Q < Q0 (Q0: Volumenstrom
bei Nennlast). Eine effektive Öffnungsbreite
beträgt
A''' < At (At: Breite des
Leitschaufelkanals 28), während eine Strömungsgeschwindigkeit
im Leitschaufelkanal 28 der Anströmgeschwindigkeit w aus dem
Laufrad 12 entspricht. Wird der Diffusor 14 mit
Teillast betrieben, so ist der Strömungswinkel am Austritt des
Laufrads 12 geringer als der Eintrittswinkel des Diffusors 14,
so dass der Diffusor mit einem geringeren Volumenstrom beaufschlagt wird,
als dem, den er im Auslegungspunkt fassen kann. Es kommt hierbei
zu keiner Strömungsbehinderung.
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Bei
Nennlast (mittlere Abbildung) herrscht ein Volumenstrom Q = Q0. Die effektive Öffnungsbreite beträgt A'' = At, während die
Strömungsgeschwindigkeit
im Leitschaufelkanal 28 noch immer der Anströmgeschwindigkeit
w aus dem Laufrad 12 entspricht. Bei diesem Nennvolumenstrom
entspricht das Fassungsvermögen
des Diffusors bzw. der Diffusorschaufelkanäle genau dem vom Laufrad beaufschlagten
Volumenstrom. Unter diesen Bedingungen ist ein sanfter und stoßfreier Übergang
vom Volumenstrom des Laufrads 12 in den Diffusor 14 gewährleistet.
Die Schaufeln 20 des Diffusors werden zweckmäßigerweise
so ausgelegt, dass die vom Laufrad austretende Strömung stoßfrei in
den Diffusor gelangen kann. Stoßfrei
bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass der Eintrittswinkel
der Diffusorschaufeln genau dem Strömungswinkel entspricht, die
das Fluid am Austritt des Laufrads hat.
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Bei Überlast
dagegen (linke Abbildung) herrscht ein Volumenstrom Q > Q0.
Die effektive Öffnungsbreite
beträgt
A' > At,
während
die Strömungsgeschwindigkeit
im Leitschaufelkanal 28 kleiner wird als die Anströmgeschwindigkeit
w aus dem Laufrad 12. Bei diesen Überlastbedingungen stellt sich
aufgrund des erhöhten
Volumenstroms ein größerer Strömungswinkel
am Laufradaustritt ein. Somit liegt das Durchsatzvermögen des
Diffusors unterhalb des beaufschlagten Volumenstroms, so dass es
innerhalb des Diffusors zu einer Strömungsbehinderung bzw. zum Zusetzen
(sog. „Choking”) kommt.
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Die
weiteren 3 bis 7 stellen
die verschiedenen Konzepte bekannter Radialverdichter (3 bis 5)
dem neu entwickelten Radialverdichter mit durchbrochenen Leitschaufeln
gemäß der vorliegenden
Erfindung (6 und 7) gegenüber. So
zeigt die 3 eine herkömmliche Impeller-Diffusor-Konfiguration
mit einem herkömmlichen, beschaufelten
Diffusor, bei der ein Durchmesserverhältnis zwischen den Außendurchmessern
des Diffusors und des Laufrads bei ca. 1,17 liegt. Die 4 zeigt
eine verbesserte Impeller-Diffusor-Konfiguration mit einem unbeschaufelten
Diffusor. Das Durchmesserverhältnis
zwischen den Außendurchmessern des
Diffusors und des Laufrads liegt hier bei ca. 1,44. Weiterhin zeigt
die 5 eine optimierte Impeller-Diffusor-Konfiguration
mit herkömmlich
beschaufeltem Diffusor. Auch hier liegt das Durchmesserverhältnis zwischen
den Außendurchmessern
des Diffusors und des Laufrads bei ca. 1,44.
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Schließlich zeigen
die 6 und 7 in verschiedenen Ansichten
eine erfindungsgemäße, nochmals
verbesserte Impeller-Diffusor-Konfiguration mit geschlitzten Diffusor-Schaufeln 20 des
Diffusors 14. Auch bei dieser Konfiguration liegt das Durchmesserverhältnis zwischen
den Außendurchmessern
des Diffusors 14 und des Laufrads 12 bei ca. 1,44.
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Anhand
des Diagramms der 8 sind verschiedene Wirkungsgradkennlinien
der vier alternativen Konfigurationen (gemäß 3 bis 7)
der Radialverdichter dargestellt. Es wird dabei deutlich, dass die
Anordnung gemäß 3 zwar
bis zu einem Volumenstrom von ca. 25 l/s (Durchfluss in Liter pro Sekunde)
einen steil ansteigenden Wirkungsgrad von bis zu 66% liefert. Bei
noch größeren Volumenströmen ist
jedoch keine weitere Wirkungsgradsteigerung möglich, da sich der Diffusor
zusetzt. Die Anordnung gemäß 4 mit
dem schaufellosen Diffusor ermöglicht
einen mit steigendem Volumenstrom (bis ca. 40 l/s) stetig ansteigenden
Wirkungsgrad, der jedoch immer unter Werten von 60% bleibt. Zusetzerscheinungen
sind bei dieser Konfiguration zwar nicht zu erkennen, doch bleibt
der Wirkungsgrad insgesamt geringer. Bei der Anordnung gemäß 5 fällt auf,
dass zwar der Gesamtwirkungsgrad mit über 70% bei geringen Volumenströmen von
weniger als 15 l/s sehr hoch ausfällt. Doch fällt der Wirkungsgrad aufgrund
des frühen
Zusetzens des Diffusors bei Volumenströmen von mehr als 20 l/s steil
ab bis auf Werte von weniger als 40%.
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Schließlich zeigt
die Kurve für
die erfindungsgemäße Konfiguration
mit den geschlitzten Diffusorschaufeln gemäß 6 und 7 einen
bis zu einem Volumenstrom von ca. 20 l/s sehr hohen Wirkungsgrad
von ca. 75%, der bei höheren
Volumenströmen
weniger steil abfällt
als bei den anderen Konfigurationen.
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Das
Diagramm der 9 zeigt schließlich den
Abfall des statischen Drucks (in mbar) bei steigendem Volumenstrom
anhand aller vier verschiedenen Konfigurationen. Auch hier zeigt
sich, dass der statische Druck bei der erfindungsgemäßen Anordnung
mit steigenden Volumenstrom zwar stetig abfällt, doch nicht so steil wie
bei einer entsprechenden Auslegung mit durchgängigen Diffusorschaufeln gemäß 5.
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- 10
- Radialverdichter
- 12
- Laufrad
- 14
- Diffusor
- 16
- Seitenwand
- 18
- Verdichtergehäuse
- 20
- Leitschaufel
- 22
- Durchbruch
- 24
- Diffusorhals
- 26
- Leitschaufeleintritt
- 28
- Leitschaufelkanal
- 30
- Leitschaufelaustritt