EP2993356A1 - Radial compressor stage - Google Patents
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- EP2993356A1 EP2993356A1 EP15183489.2A EP15183489A EP2993356A1 EP 2993356 A1 EP2993356 A1 EP 2993356A1 EP 15183489 A EP15183489 A EP 15183489A EP 2993356 A1 EP2993356 A1 EP 2993356A1
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Definitions
- the invention relates to a radial compressor stage for a radial compressor according to the Oberbergriff of claim 1 or 3.
- each radial compressor stage of a radial compressor comprises an impeller rotating with respect to a stator, the impeller comprising a hub and a plurality of rotor-side impeller blades.
- Each impeller vane of the impeller has a flow entrance edge and a flow exit edge, wherein a suction side, a pressure side, and an outer surface facing the stator extend between the flow entrance edge and the flow exit edge of each impeller vane, the outer surface of the respective impeller vane adjacent to the stator and sealing against the stator vane Stator is used.
- Such an impeller of a centrifugal compressor in which the outer surfaces of the impeller blades indirectly adjacent to the stator, has no shroud and is also referred to as an open impeller.
- the impeller blades are positioned in an impeller flow passage delimited by the hub of the impeller and the stator.
- the centrifugal compressor stage includes a diffuser positioned downstream of the impeller having a plurality of stator vanes.
- Each of the vanes of the diffuser has a flow inlet edge and a flow outlet edge, wherein a suction side and a pressure side extend between the flow inlet edge and the flow outlet edge of each guide vanes.
- the vanes are positioned in a diffuser flow channel defined by the stator.
- EP 2 014 925 A1 is a radial compressor stage with a diffuser known, in which the angular distance of flow inlet edges of two adjacently arranged guide elements is different from the angular distance of flow inlet edges of two other adjacently arranged guide elements.
- the centrifugal compressor stages are exposed to mechanical stimuli and vibrations which can cause damage to the radial compressor stage, in particular to the rotor blades of the impeller of the radial compressor stage.
- mechanical excitations can be based on synchronous excitation mechanisms as well as on asynchronous excitation mechanisms.
- the present invention has the object to provide a radial compressor stage for a centrifugal compressor, which meets the above requirements and therefore a low vibration excitation is exposed in particular by such asynchronous excitations.
- a radial compressor stage according to claim 1.
- a gap formed between an outer edge of the downstream side of the impeller and an opposite edge of the stator is sealed by a seal such that the seal seals the wheel side space from an inter-flow passage extending between the impeller and the diffuser.
- this object is achieved by a radial compressor stage according to claim 3.
- a gap formed between an outer edge of a downstream side of the impeller and an opposite inner edge of the stator has a varying gap in the circumferential direction.
- the two above aspects of the invention relate to measures relating to the coupling of the wheel side space to the intermediate flow passage extending between the impeller flow passage and the diffuser flow passage.
- the vibration excitation for the impeller blades of the impeller of the radial compressor stage can be reduced.
- the flow inlet edges of the stator vanes of the diffuser lie on a first circular contour, namely such that the flow inlet edges of all stator vanes have an identical distance to the flow inlet edges of the respective adjacent vanes.
- the flow outlet edges of the stator-side guide vanes of the diffuser lie on a second circular contour, namely such that at at least one first circumferential position the flow exit edge of the respective stator side vane has a different distance from the flow exit edge of at least one adjacent vane than at second circumferential positions.
- At least one stator-side guide vane of the diffuser has a curvature deviating from the other stator-side guide vanes.
- a diffuser flow channel section formed between adjacent stator vanes of the diffuser has a flow cross section deviating from the diffuser flow channel sections formed at second circumferential positions.
- a radial compressor stage to which one of the aspects of the invention, which relate to the coupling of the Radreteraums with the Eisenströmungskanal, in combination with at least one of the advantageous developments, which relate to the configuration of the diffuser are used.
- the present invention relates to a centrifugal compressor with at least one radial compressor stage.
- Fig. 1 shows a detail of a radial compressor stage according to the invention in the meridional section according to a first aspect of the invention.
- the radial compressor stage of Fig. 1 has an impeller 10 with a plurality of rotor-side impeller blades 11.
- the impeller 10 rotates with respect to a stator 12.
- the stator 12 may be a housing or a stator ring or the like.
- the impeller blades 11 are positioned in an impeller flow channel 13 which is delimited by a rotor-side hub contour 14 and a stator contour 15.
- Each impeller blade 12 has a flow inlet edge 16 and a flow outlet edge 17. Between the flow inlet edge 16 and the flow outlet edge 17 of each impeller blade 11 extends a pressure side, a suction side and radially outside of the impeller blade 11 a stator 12 facing outer surface 18 of the respective impeller blade 11.
- the outer surface 18 of the impeller blade 11 adjacent to the stator 12 is used to seal against the stator 12.
- Such an impeller 10, in which the outer surfaces 18 of the impeller blades 11 adjacent to the stator 12 indirectly, has no shroud and is also referred to as an open impeller.
- a stator-side diffuser 19 is positioned downstream of the impeller 10.
- the diffuser 19 includes a plurality of stator vanes 20.
- the stator vanes 20 of the diffuser 19 are positioned in a diffuser flow channel 21 defined by the stator 12, wherein each of the stator vanes 20 of the diffuser 19 includes a flow entrance edge 22 and a flow exit edge 23.
- an intermediate flow channel 26 extends, via which medium compressed in the radial compressor stage, starting from the impeller 10 in the direction of the diffuser 19 can flow.
- a Radacheraum 28 said Radnerraum 28 according to Fig. 1 is coupled to the intermediate flow passage 26 via a gap 34.
- the gap 34 which is formed between an outer edge 35 of the downstream back 27 of the impeller 10 and an opposite inner edge 36 of the stator 12, and via which the Radreteraum 28 is coupled to the intermediate flow channel 26 is sealed by a seal 37 ,
- the seal 37 thus seals the wheel side space 28 from the between the impeller 10 and the diffuser 19 extending between the flow channel 26 from.
- a honeycomb seal 37 is used, which is supported by the stator 12 and the outer edge 35 of the downstream rear side 27 of the impeller 10 opposite.
- Fig. 2 shows an embodiment of a radial compressor stage according to the first aspect of the present invention, which differs from the embodiment of the Fig. 1 distinguished by the specific configuration of the seal 37. So comes in Fig. 2 no honeycomb seal used, but in the embodiment of the Fig. 2 the seal is formed as a lip seal, in which thus a sealing lip 38 comes to rest on the outer edge 35 of the downstream rear side 27 of the impeller 10.
- this sealing element 37 of Fig. 2 it may be, for example, an abradable seal or contact seal or even a brush seal.
- a radial compressor stage according to a second aspect of the invention is in 3 and 4 shown.
- the gap 34, over which the Radierraum 28 is coupled to the intermediate flow channel 26, seen in the circumferential direction has a varying gap.
- the outer edge 35 of the downstream rear side 27 of the impeller 10 opposite inner edge 36 'of the stator 12 according to the dashed line of Fig. 4 wavy contours, so that seen in the circumferential direction, the distance between the inner edge 36 'of the stator 12 and the outer edge 35 of the downstream rear side 27 of the impeller 10 is not constant, but rather changes.
- This gap width of the gap 34 which changes in the circumferential direction, preferably changes continuously due to the wavy contour of the inner edge 36 'of the stator 12, that is, not stepwise.
- the flow inlet edges 22 of the stator vanes 20 of the diffuser 19 are located on the first circular contour 29 such that the flow inlet edges 22 of all the stator vanes 20 have an identical spacing from the flow inlet edges 22 of the adjacent vanes 20.
- the flow inlet edges 22 of the guide vanes 20 of the diffuser 19 positioned next to one another in the circumferential direction of the diffuser flow channel 21 are thus distributed identically in the circumferential direction, so that accordingly all flow inlet edges 22 lying on the first circular contour 29 have identical circumferential spacings to adjacent flow inlet edges 22.
- the flow outlet edges 23 of the stator vanes 20 of the diffuser 19 are located on the second circular contour 30, that at least a first circumferential position of the diffuser flow channel 21, the flow outlet edge 23 of the respective stator side vane 20 positioned there to the flow outlet edge of at least one adjacent vane 20 at a different distance than at second circumferential positions of the diffuser flow channel 21.
- the corresponding flow outlet edge 23 has a different distance to the respective adjacent flow outlet edges 23, however the other circumferential positions the flow outlet edges 23 are equally distributed in terms of their circumferential positions.
- the respective stator-side vanes 20 of the diffuser 19 preferably all have identical second stagger angles.
- the stator vanes 20 positioned at the or each first circumferential position preferably have a first staggering angle deviating from the second staggering angle, in particular ⁇ 10 °, preferably ⁇ 7 °, more preferably ⁇ 5 °, most preferably ⁇ 3 ° ,
- the flow outlet edges 23 selected stator side vanes 20 of the diffuser 19 in the circumferential direction offset preferably with suspension or interruption of the otherwise uniformly distributed in the circumferential direction of the Diffusorströmungskanals 21 flow outlet edges 23rd
- the flow outlet edges 23 of all stator-side guide vanes 20 of the diffuser 19 may have different distances to the respectively adjacent flow outlet edges 23.
- a flow outlet edge 23 "(see dashed line of in Fig. 5 Right vane) in the direction of the pressure side 25 of the respective adjacent vane 20 or a flow outlet edge 23 '(see dashed line of in Fig. 5 left guide blade) are displaced in the direction of the suction side 24 of the respective adjacent guide blade 20 in the circumferential direction, in such a way that as before all flow outlet edges 23 lie on the second circular contour 30.
- Those selected vanes 20, which have a different staggering angle compared to the other stator vanes 20, are characterized in that their staggering angle deviates, in particular by ⁇ 10 °, particularly preferably ⁇ 5 °, from the staggering angles of the remaining vanes 20 of the diffuser 19 ,
- At least one stator vane 20 of the diffuser 19 between the flow inlet edge 22 and the flow outlet edge 23 has a different curvature, namely a suction side 24 'and a pressure side 25' with opposite the other vanes 20 deviating Curvature.
- stator vane 20 of the diffuser 19 has a different curvature, whereas all other stator vanes 20 of the diffuser 19 have identical curvatures exhibit.
- stator-side guide vanes 20 of the diffuser 19 it is possible for all the stator-side guide vanes 20 of the diffuser 19 to have different curvatures.
- the diffuser flow channel 21 between adjacent stator-side guide vanes 20 to change the diffuser flow channel portion 33 formed in the diffuser 19 so as to be the same as that formed at second circumferential positions Diffuser flow channel sections having a different flow cross-section.
- the respective diffuser flow channel section 33 has a reduced flow cross section, namely the stator side walls 31, 32 delimiting the respective diffuser flow channel section 33, reducing the flow cross section of the respective diffuser flow channel section 33 inwardly are arched into it.
- the respective diffuser flow channel section 33 bounding side walls 31, 32 may be curved into the respective diffuser flow channel section 33 inside. It is likewise possible to widen the respective diffuser flow channel section with respect to its flow cross section at selected circumferential positions, wherein at least one of these side walls 31, 32 is curved outwards into the stator 12.
- the third advantageous development of the first aspect and / or second aspect of the invention it is possible in a first extreme case that only at a single circumferential position of the diffuser flow channel 21 the corresponding diffuser flow channel section 33 has a different flow cross section, whereas all other diffuser flow channel sections 33 have identical flow cross sections , Likewise, it is possible according to the third advantageous development of the first aspect and / or second aspect of the invention in a second extreme case, that at all circumferential positions of the diffuser flow channel 21, the diffuser flow channel sections 33 each have different flow cross sections.
- the measures of the third advantageous development can be used in combination with the measures of the first advantageous development and / or the measures of the second advantageous development in combination with the first or the second aspect of the invention. Preference is given to the measures All three advantageous developments in combination with the first aspect or the second aspect of a centrifugal compressor stage for use.
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Abstract
Radialverdichterstufe, die ein gegenüber einem Stator (12) rotierendes Laufrad (10) mit mehreren rotorseitigen Laufradschaufeln (11) und einen in Strömungsrichtung stromabwärts des Laufrads (10) positionierten Diffusor (19) mit mehreren statorseitigen Leitschaufeln (20) umfasst, und wobei zwischen dem Laufrad (10) und dem Stator (12) ein Radseitenraum (28) ausgebildet ist, und wobei ein Spalt (34), der zwischen einer Außenkante (37) einer stromabwärtigen Rückseite (27) des Laufrads (10) und einer gegenüberliegenden Innenkante (36) des Stators (12) ausgebildet ist, über eine Dichtung (37) abgedichtet ist, nämlich derart, dass die Dichtung (37) den Radseitenraum (18) von einem sich zwischen dem Laufrad (10) und dem Diffusor (19) erstreckenden Zwischenströmungskanal (26) abgedichtet.A centrifugal compressor stage comprising a rotor (10) rotating with respect to a stator (12) and having a plurality of stator vanes (20) positioned downstream of the impeller (10) and having a plurality of stator vanes (20), and between Impeller (10) and the stator (12) a Radseitenraum (28) is formed, and wherein a gap (34) between an outer edge (37) of a downstream rear side (27) of the impeller (10) and an opposite inner edge (36 ) of the stator (12) is sealed off by a seal (37), namely in such a way that the seal (37) extends the wheel side space (18) from an intermediate flow passage (11) between the impeller (10) and the diffuser (19). 26) sealed.
Description
Die Erfindung betrifft eine Radialverdichterstufe für einen Radialverdichter gemäß dem Oberbergriff des Anspruchs 1 bzw. 3.The invention relates to a radial compressor stage for a radial compressor according to the Oberbergriff of claim 1 or 3.
Aus der
Weiterhin ist es aus der
Aus der
Eine weitere Radialverdichterstufe mit einem solchen Radseitenraum ist aus der
Aus der
Im Betrieb eines Radialverdichters sind die Radialverdichterstufen mechanischen Anregungen und Schwingungen ausgesetzt, welche Schäden an der Radialverdichterstufe, insbesondere an den Laufradschaufeln des Laufrads der Radialverdichterstufe, hervorrufen können. Solche mechanischen Anregungen können auf synchronen Anregungsmechanismen sowie auf asynchronen Anregungsmechanismen beruhen.During operation of a radial compressor, the centrifugal compressor stages are exposed to mechanical stimuli and vibrations which can cause damage to the radial compressor stage, in particular to the rotor blades of the impeller of the radial compressor stage. Such mechanical excitations can be based on synchronous excitation mechanisms as well as on asynchronous excitation mechanisms.
Insbesondere werden durch die Interaktion von rotierenden und stationären Komponenten dreidimensionale und instationäre Strömungsphänomene er-zeugt. Unter bestimmten Bedingungen entstehen Druckschwankungen, welche einen in Drehrichtung oder einen in der Drehrichtung entgegengesetzter Richtung umlaufenden Charakter haben. Die Anzahl und die Umlaufgeschwindigkeit dieser Druckschwankungen ist beliebig.In particular, three-dimensional and transient flow phenomena are generated by the interaction of rotating and stationary components. Under certain conditions, pressure fluctuations occur, which have a direction of rotation or of a direction opposite to that in the direction of rotation. The number and the circulation speed of these pressure fluctuations is arbitrary.
Dieses Phänomen ist Grundlage für eine asynchrone Anregung von offenen Laufrädern in Radialverdichtern. Bislang sind keine Methoden bekannt, mit Hilfe derer solchen asynchronen Anregungen gezielt entgegengewirkt werden kann, um eine kritische Schwingungsanregung insbesondere der Laufradschaufeln des Laufrads zu vermeiden.This phenomenon is the basis for asynchronous excitation of open impellers in centrifugal compressors. So far, no methods are known with the aid of which such asynchronous suggestions can be specifically counteracted to avoid a critical vibration excitation in particular of the impeller blades of the impeller.
Es besteht daher Bedarf an einer Radialverdichterstufe für einen Radialverdichter, bei der insbesondere die Laufradschaufeln des Laufrads einer geringen Schwingungsanregung insbesondere durch solche asynchronen Anregungen ausgesetzt sind.There is therefore a need for a radial compressor stage for a radial compressor, in which in particular the impeller blades of the impeller are exposed to a low vibration excitation, in particular by such asynchronous excitations.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Radialverdichterstufe für einen Radialverdichter zu schaffen, welche die obigen Anforderungen erfüllt und demnach einer geringen Schwingungsanregung insbesondere durch solche asynchronen Anregungen ausgesetzt ist.Proceeding from this, the present invention has the object to provide a radial compressor stage for a centrifugal compressor, which meets the above requirements and therefore a low vibration excitation is exposed in particular by such asynchronous excitations.
Diese Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Radialverdichterstufe nach Anspruch 1 gelöst. Hiernach ist ein Spalt, der zwischen einer Außenkante der stromabwärtigen Rückseite des Laufrads und einer gegenüberliegenden Kante des Stators ausgebildet ist, über eine Dichtung abgedichtet, nämlich derart, dass die Dichtung den Radseitenraum von einem sich zwischen dem Laufrad und dem Diffusor erstreckenden Zwischenströmungskanal abgedichtet.This object is achieved according to a first aspect of the invention by a radial compressor stage according to claim 1. Hereinafter, a gap formed between an outer edge of the downstream side of the impeller and an opposite edge of the stator is sealed by a seal such that the seal seals the wheel side space from an inter-flow passage extending between the impeller and the diffuser.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Radialverdichterstufe nach Anspruch 3 gelöst. Hiernach weist ein Spalt, der zwischen einer Außenkante einer stromabwärtigen Rückseite des Laufrads und einer gegenüberliegenden Innenkante des Stators ausgebildet ist, in Umfangsrichtung gesehen ein sich veränderndes Spaltmaß auf.According to a second aspect of the invention, this object is achieved by a radial compressor stage according to claim 3. Hereinafter, a gap formed between an outer edge of a downstream side of the impeller and an opposite inner edge of the stator has a varying gap in the circumferential direction.
Mit jedem der beiden obigen erfindungsgemäßen Aspekte kann einfach und zuverlässig asynchronen Anregungen von offenen Laufrädern in Radialverdichtern entgegengewirkt werden, wodurch die Schwingungsanregung insbesondere für die Laufradschaufeln des Laufrads der Radialverdichterstufe reduziert werden kann. Dabei kommen die erfindungsgemäßen Aspekte alternativ an einer Radialverdichterstufe zum Einsatz.With each of the above two aspects of the invention can be counteracted simple and reliable asynchronous suggestions of open wheels in radial compressors, whereby the vibration excitation can be reduced in particular for the impeller blades of the impeller of the radial compressor stage. The aspects according to the invention are alternatively used on a radial compressor stage.
Der beiden obigen erfindungsgemäßen Aspekte betreffen Maßnahmen, welche die Kopplung des Radseitenraums mit dem sich zwischen dem Laufradströmungskanal und dem Diffusorströmungskanal erstreckenden Zwischenströmungskanal betreffen. Die Schwingungsanregung für die Laufradschaufeln des Laufrads der Radialverdichterstufe kann reduziert werden.The two above aspects of the invention relate to measures relating to the coupling of the wheel side space to the intermediate flow passage extending between the impeller flow passage and the diffuser flow passage. The vibration excitation for the impeller blades of the impeller of the radial compressor stage can be reduced.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des ersten und/oder zweiten erfindungsgemäßen Aspekts ist vorgesehen, dass die Strömungseintrittskanten der statorseitigen Leitschaufeln des Diffusors auf einer ersten Kreiskontur liegen, nämlich derart, dass die Strömungseintrittskanten aller statorseitigen Leitschaufeln zu den Strömungseintrittskanten der jeweils benachbarten Leitschaufeln einen identischen Abstand aufweisen. Die Strömungsaustrittskanten der statorseitigen Leitschaufeln des Diffusors liegen auf einer zweiten Kreiskontur, nämlich derart, dass an mindestens einer ersten Umfangsposition die Strömungsaustrittskante der jeweiligen statorseitigen Leitschaufel zu der Strömungsaustrittskante mindestens einer benachbarten Leitschaufeln einen anderen Abstand aufweist als an zweiten Umfangspositionen.According to an advantageous development of the first and / or second aspect of the invention, it is provided that the flow inlet edges of the stator vanes of the diffuser lie on a first circular contour, namely such that the flow inlet edges of all stator vanes have an identical distance to the flow inlet edges of the respective adjacent vanes. The flow outlet edges of the stator-side guide vanes of the diffuser lie on a second circular contour, namely such that at at least one first circumferential position the flow exit edge of the respective stator side vane has a different distance from the flow exit edge of at least one adjacent vane than at second circumferential positions.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des ersten und/oder zweiten erfindungsgemäßen Aspekts ist vorgesehen, dass mindestens eine statorseitige Leitschaufel des Diffusors eine von den anderen statorseitigen Leitschaufeln abweichende Krümmung aufweist.According to a further advantageous development of the first and / or second aspect of the invention, it is provided that at least one stator-side guide vane of the diffuser has a curvature deviating from the other stator-side guide vanes.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des ersten und/oder zweiten erfindungsgemäßen Aspekts ist vorgesehen, dass an mindestens einer ersten Umfangsposition ein zwischen benachbarten statorseitigen Leitschaufeln des Diffusors ausgebildeter Diffusorströmungskanalabschnitt einen gegenüber den an zweiten Umfangspositionen ausgebildeten Diffusorströmungskanalabschnitten abweichenden Strömungsquerschnitt aufweist.According to a further advantageous development of the first and / or second aspects of the invention, it is provided that at least one first circumferential position a diffuser flow channel section formed between adjacent stator vanes of the diffuser has a flow cross section deviating from the diffuser flow channel sections formed at second circumferential positions.
Die obigen vorteilhaften Weiterbildungen des ersten und/oder zweiten erfindungsgemäßen Aspekts betreffen Maßnahmen zur konstruktiven Gestaltung des Diffusors.The above advantageous developments of the first and / or second aspect of the invention relate to measures for constructive design of the diffuser.
Besonders bevorzugt ist eine Radialverdichterstufe, an welcher einer der erfindungsgemäßen Aspekte, welche die Kopplung des Radseitenraums mit dem Zwischenströmungskanal betriffen, in Kombination mit mindestens einer der vorteilhaften Weiterbildungen, welche die Ausgestaltung des Diffusors betreffen, zum Einsatz kommen.Particularly preferred is a radial compressor stage to which one of the aspects of the invention, which relate to the coupling of the Radseitenraums with the Zwischenströmungskanal, in combination with at least one of the advantageous developments, which relate to the configuration of the diffuser are used.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- Fig. 1:
- einen Meridionalschnitt einer erfindungsgemäßen Radialverdichterstufe nach einem ersten Aspekt der Erfindung;
- Fig. 2:
- einen Meridionalschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Radialverdichterstufe nach dem ersten Aspekt der Erfindung;
- Fig. 3:
- einen Meridionalschnitt einer erfindungsgemäßen Radialverdichterstufe nach einem zweiten Aspekt der Erfindung;
- Fig. 4:
- einen Axialschnitt durch die Radialverdichterstufe der
Fig. 3 ; - Fig. 5:
- einen Axialschnitt durch eine Radialverdichterstufe zur Verdeutlichung einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des ersten und/oder zweiten erfindungsgemäßen Aspekts;
- Fig. 6:
- einen Axialschnitt durch eine Radialverdichterstufe zur Verdeutlichung einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung des ersten und/oder zweiten erfindungsgemäßen Aspekts; und
- Fig. 7:
- einen Meridionalschnitt durch eine Radialverdichterstufe zur Verdeutlichung einer dritten vorteilhaften Weiterbildung des ersten und/oder zweiten erfindungsgemäßen Aspekts.
- Fig. 1:
- a meridional section of a radial compressor stage according to the invention according to a first aspect of the invention;
- Fig. 2:
- a meridional section of another radial compressor stage according to the invention according to the first aspect of the invention;
- 3:
- a meridional section of a radial compressor stage according to the invention according to a second aspect of the invention;
- 4:
- an axial section through the radial compressor stage of
Fig. 3 ; - Fig. 5:
- an axial section through a radial compressor stage to illustrate a first advantageous embodiment of the first and / or second aspect of the invention;
- Fig. 6:
- an axial section through a radial compressor stage to illustrate a second advantageous embodiment of the first and / or second aspect of the invention; and
- Fig. 7:
- a meridional section through a radial compressor stage to illustrate a third advantageous development of the first and / or second aspect of the invention.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Radialverdichter mit mindestens einer Radialverdichterstufe.The present invention relates to a centrifugal compressor with at least one radial compressor stage.
Die Radialverdichterstufe der
Gemäß
Zwischen dem Laufströmungskanal 13, in welchem die rotorseitigen Laufradschaufeln 11 des Laufrads 10 positioniert sind, und dem Diffusorströmungskanal 21, in welchem die statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 positioniert sind, erstreckt sich ein Zwischenströmungskanal 26, über welchen in der Radialverdichterstufe verdichtetes Medium ausgehend vom Laufrad 10 in Richtung auf den Diffusor 19 strömen kann. Gemäß
Die oben unter Bezugnahme auf
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung (siehe
Die Dichtung 37 dichtet demnach den Radseitenraum 28 vom zwischen dem Laufrad 10 und dem Diffusor 19 verlaufenden Zwischenströmungskanal 26 ab. Hierzu kommt im Ausführungsbeispiel der
In
Eine Radialverdichterstufe nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist in
Dieses sich in Umfangsrichtung ändernde Spaltmaß des Spalts 34 ändert sich vorzugsweise durch die gewellte Kontur der Innenkante 36' des Stators 12 stetig, also nicht stufenartig.This gap width of the
Die obigen Maßnahmen nach dem ersten Aspekt der Erfindung und nach dem zweiten Aspekt der Erfindung sind Alternativen, diese Maßnahmen kommen demnach nicht in Kombination miteinander zum Einsatz.The above measures according to the first aspect of the invention and according to the second aspect of the invention are alternatives, these measures are therefore not used in combination with each other.
Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung ist vorgesehen (siehe
Dabei liegen die Strömungseintrittskanten 22 der statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 derart auf der ersten Kreiskontur 29, dass die Strömungseintrittskanten 22 aller statorseitigen Leitschaufeln 20 zu den Strömungseintrittskanten 22 der jeweils benachbarten Leitschaufeln 20 einen identischen Abstand aufweisen. Die Strömungseintrittskanten 22 der in Umfangsrichtung des Diffusorströmungskanals 21 gesehen nebeneinander positionierten Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 sind demnach in Umfangsrichtung gesehen gleich verteilt, so dass demnach sämtliche Strömungseintrittskanten 22, die auf der ersten Kreiskontur 29 liegen, zu benachbarten Strömungseintrittskanten 22 identische Umfangsabstände aufweisen.In this case, the flow inlet edges 22 of the
Nach der ersten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Strömungsaustrittskanten 23 der statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 auf einer zweiten Kreiskontur 30 liegen.According to the first advantageous development of the first aspect and / or second aspect of the invention, provision is further made for the flow outlet edges 23 of the stator-
Dabei liegen die Strömungsaustrittskanten 23 der statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 derart auf der zweiten Kreiskontur 30, dass an mindestens einer ersten Umfangsposition des Diffusorströmungskanals 21 die Strömungsaustrittskante 23 der dort positionierten, jeweiligen statorseitigen Leitschaufel 20 zu der Strömungsaustrittskante mindestens einer benachbarten Leitschaufel 20 einen anderen Abstand aufweist als an zweiten Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals 21.In this case, the flow outlet edges 23 of the
Im Bereich der Strömungsaustrittskanten 23 ist demnach in Umfangsrichtung des Diffusorströmungskanals 21 gesehen keine Gleichverteilung der Strömungsaustrittskanten 23 vorgesehen, vielmehr ist vorzugsweise an den ersten Umfangspositionen die Gleichverteilung der Strömungsaustrittskanten 23, die alle auf der zweiten Kreiskontur 30 liegen, aufgehoben, um so der Gefahr instationärer Strömungsphänomene, die zu einer asynchronen Anregung der offenen Laufrädern führen können, zu reduzieren.Accordingly, in the area of the flow outlet edges 23, no uniform distribution of the flow outlet edges 23 is provided in the circumferential direction of the diffuser flow channel 21; rather, the uniform distribution of the flow outlet edges 23, which are all located on the second
Nach der ersten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung ist es in einem ersten Extremfall möglich, dass ausschließlich an einer einzigen Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals 21 die entsprechende Strömungsaustrittskante 23 einen anderen Abstand zu den jeweils benachbarten Strömungsaustrittskanten 23 aufweist, dass hingegen an den anderen Umfangspositionen die Strömungsaustrittskanten 23 hinsichtlich ihrer Umfangspositionen gleichverteilt sind.According to the first advantageous development of the first aspect and / or second aspect of the invention, it is possible in a first extreme that only at a single circumferential position of the diffuser flow channel 21, the corresponding
Ebenso ist es nach der ersten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung in einem zweiten Extremfall möglich, dass an allen Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals 21 die Strömungsaustrittskanten 23 zu den jeweils benachbarten Strömungsaustrittskanten 23 jeweils unterschiedliche Abstände aufweisen.Likewise, it is possible according to the first advantageous development of the first aspect and / or second aspect of the invention in a second extreme case that at all circumferential positions of the diffuser flow channel 21, the flow outlet edges 23 to the respective adjacent flow outlet edges 23 each have different distances.
An den zweiten Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals 21 weisen die jeweiligen statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 vorzugsweise alle identische, zweite Staffelungswinkel auf.At the second circumferential positions of the diffuser flow channel 21, the respective stator-
Die an der oder jeder ersten Umfangsposition positionierten statorseitigen Leitschaufeln 20 hingegen weisen vorzugsweise einen ersten Staffelungswinkel auf, der vom zweiten Staffelungswinkel abweicht, insbesondere um ±10°, bevorzugt um ±7°, besonders bevorzugt um ±5°, meist bevorzugt um ±3°.The stator vanes 20 positioned at the or each first circumferential position, on the other hand, preferably have a first staggering angle deviating from the second staggering angle, in particular ± 10 °, preferably ± 7 °, more preferably ± 5 °, most preferably ± 3 ° ,
Nach der ersten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung wird demnach vorgeschlagen, zur Reduzierung der Gefahr instationärer Strömungsphänomene, die zu einer asynchronen Anregung der offenen Laufrädern führen können, die Strömungsaustrittskanten 23 ausgewählter statorseitiger Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 in Umfangsrichtung zu versetzen, vorzugsweise unter Aufhebung bzw. Unterbrechung der sonst in Umfangsrichtung des Diffusorströmungskanals 21 gesehen gleichverteilten Strömungsaustrittskanten 23.According to the first advantageous development of the first aspect and / or second aspect of the invention, it is therefore proposed to reduce the risk of transient flow phenomena that can lead to asynchronous excitation of the open wheels, the flow outlet edges 23 selected
In einem Extremfall können die Strömungsaustrittskanten 23 aller statorseitiger Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 zu den jeweils benachbarten Strömungsaustrittskanten 23 unterschiedliche Abstände aufweisen.In an extreme case, the flow outlet edges 23 of all stator-
Wie
Dies entspricht einer Veränderung des Staffelungswinkels der statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 an ausgewählten Umfangspositionen. An ausgewählten zweiten Umfangspositionen des Diffusors 19 verfügen die jeweiligen statorseitigen Leitschaufeln 20 über abweichende Staffelungswinkel.This corresponds to a change in the stagger angle of the stator-
Diejenigen ausgewählten Leitschaufeln 20, die im Vergleich zu den übrigen statorseitigen Leitschaufeln 20 einen unterschiedlichen Staffelungswinkel aufweisen, sind dadurch gekennzeichnet, dass deren Staffelungswinkel insbesondere um ±10°, besonders bevorzugt um ±5°, von den Staffelungswinkeln der übrigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 abweicht.Those selected
Durch die obigen Maßnahmen der ersten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung kann an definierten Umfangspositionen in ungleichmäßigen Umfangsabständen eine etwas höhere oder eine etwas geringere Belastung aus die Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 aufgeprägt werden. Die Gefahr instationärer Strömungsphänomene, die zu einer asynchronen Anregung der offenen Laufrädern führen können, kann so weiter reduziert werden.By the above measures of the first advantageous development of the first aspect and / or second aspect of the invention can be impressed at defined circumferential positions at irregular circumferential distances a slightly higher or a slightly lower load from the
Nach einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung (siehe
Nach der zweiten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung weist jedoch mindestens eine statorseitige Leitschaufel 20 des Diffusors 19 zwischen der Strömungseintrittskante 22 und der Strömungsaustrittskante 23 eine abweichende Krümmung auf, nämlich eine Saugseite 24' und eine Druckseite 25' mit gegenüber den anderen Leitschaufeln 20 abweichender Krümmung. Dies ist in
Nach der zweiten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung ist es in einem ersten Extremfall möglich, dass ausschließlich eine einzige statorseitige Leitschaufel 20 des Diffusors 19 eine abweichende Krümmung aufweist, dass hingegen alle anderen statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 identische Krümmungen aufweisen.According to the second advantageous development of the first aspect and / or second aspect of the invention, it is possible in a first extreme case that only a
Ebenso ist es nach der zweiten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung in einem zweiten Extremfall möglich, dass an alle statorseitige Leitschaufel 20 des Diffusors 19 voneinander abweichende Krümmungen aufweisen.Likewise, according to the second advantageous development of the first aspect and / or second aspect of the invention in a second extreme case, it is possible for all the stator-
Bevorzugt ist es, die obige erste vorteilhafte Weiterbildung und die obige zweite vorteilhafte Weiterbildung in Kombination mit dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt der Erfindung zur Reduzierung der Gefahr instationärer Strömungsphänomene, die zu einer asynchronen Anregung der offenen Laufrädern führen können, an der Radialverdichterstufe einzusetzen.It is preferred to use the above first advantageous development and the above second advantageous development in combination with the first aspect or the second aspect of the invention for reducing the risk of unsteady flow phenomena that can lead to asynchronous excitation of the open wheels at the radial compressor stage.
Eine dritte vorteilhafte Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
Nach der dritten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung wird zur Reduzierung der Gefahr instationärer Strömungsphänomene, die zu einer asynchronen Anregung der offenen Laufrädern führen können, vorgeschlagen, an mindestens einer ersten Umfangsposition des Diffusorströmungskanals 21 einen zwischen benachbarten statorseitigen Leitschaufeln 20 des Diffusors 19 ausgebildeten Diffusorströmungskanalabschnitt 33 derart zu verändern, dass derselbe gegenüber den an zweiten Umfangspositionen ausgebildeten Diffusorströmungskanalabschnitten einen abweichenden Strömungsquerschnitt aufweist.According to the third advantageous development of the first aspect and / or second aspect of the invention, in order to reduce the risk of unsteady flow phenomena, which may lead to asynchronous excitation of the open wheels, it is proposed to arrange at least a first circumferential position of the diffuser flow channel 21 between adjacent stator-
So kann
Nach der dritten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung ist es in einem ersten Extremfall möglich, dass ausschließlich an einer einzigen Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals 21 der entsprechende Diffusorströmungskanalabschnitt 33 einen abweichenden Strömungsquerschnitt aufweist, dass hingegen aller anderen Diffusorströmungskanalabschnitte 33 identische Strömungsquerschnitte aufweisen. Ebenso ist es nach der dritten vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts und/oder zweiten Aspekts der Erfindung in einem zweiten Extremfall möglich, dass an allen Umfangspositionen des Diffusorströmungskanals 21 die Diffusorströmungskanalabschnitte 33 jeweils unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen.According to the third advantageous development of the first aspect and / or second aspect of the invention, it is possible in a first extreme case that only at a single circumferential position of the diffuser flow channel 21 the corresponding diffuser flow channel section 33 has a different flow cross section, whereas all other diffuser flow channel sections 33 have identical flow cross sections , Likewise, it is possible according to the third advantageous development of the first aspect and / or second aspect of the invention in a second extreme case, that at all circumferential positions of the diffuser flow channel 21, the diffuser flow channel sections 33 each have different flow cross sections.
Die Maßnahmen der dritten vorteilhaften Weiterbildung können in Kombination mit den Maßnahmen der ersten vorteilhaften Weiterbildung und/oder den Maßnahmen der zweiten vorteilhaften Weiterbildung in Kombination mit dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung zum Einsatz kommen. Bevorzugt kommen die Maßnahmen aller drei vorteilhaften Weiterbildungen in Kombination mit dem ersten Aspekt oder dem zweiten Aspekt an einer Radialverdichterstufe zum Einsatz.The measures of the third advantageous development can be used in combination with the measures of the first advantageous development and / or the measures of the second advantageous development in combination with the first or the second aspect of the invention. Preference is given to the measures All three advantageous developments in combination with the first aspect or the second aspect of a centrifugal compressor stage for use.
- 1010
- LaufradWheel
- 1111
- Laufradschaufelimpeller blade
- 1212
- Statorstator
- 1313
- LaufradströmungskanalImpeller flow channel
- 1414
- Nabenkonturhub contour
- 1515
- Statorkonturstator contour
- 1616
- StrömungseintrittskanteFlow inlet edge
- 1717
- StrömungsaustrittskanteFlow outlet edge
- 1818
- Außenflächeouter surface
- 1919
- Diffusordiffuser
- 2020
- Leitschaufelvane
- 2121
- DiffusorströmungskanalDiffuser flow channel
- 2222
- StrömungseintrittskanteFlow inlet edge
- 2323
- StrömungsaustrittskanteFlow outlet edge
- 2424
- Saugseitesuction
- 2525
- Druckseitepressure side
- 2626
- ZwischenströmungskanalBetween flow channel
- 2727
- Rückseiteback
- 2828
- Radseitenraumwheel side
- 2929
- Kreiskonturcircular contour
- 3030
- Kreiskonturcircular contour
- 3131
- SeitenwandSide wall
- 3232
- SeitenwandSide wall
- 3333
- DiffusorströmungskanalabschnittDiffuser flow channel section
- 3434
- Spaltgap
- 3535
- Außenkanteouter edge
- 3636
- Innenkanteinner edge
- 3737
- Dichtungpoetry
- 3838
- Dichtlippesealing lip
Claims (10)
Strömungseintrittskanten (22) der statorseitigen Leitschaufeln (20) auf einer ersten Kreiskontur (29) liegen, nämlich derart, dass die Strömungseintrittskanten (22) aller statorseitigen Leitschaufeln (20) zu den Strömungseintrittskanten (22) der jeweils benachbarten Leitschaufeln (20) einen identischen Abstand aufweisen;
Strömungsaustrittskanten (23) der statorseitigen Leitschaufeln (20) auf einer zweiten Kreiskontur (30) liegen, nämlich derart, dass an mindestens einer ersten Umfangsposition die Strömungsaustrittskante (23) der jeweiligen statorseitigen Leitschaufel (20) zu der Strömungsaustrittskante (23) mindestens einer benachbarten Leitschaufeln (20) einen anderen Abstand aufweist als an zweiten Umfangspositionen.Radial compressor stage according to one of claims 1 to 4, characterized in that
Flow inlet edges (22) of the stator vanes (20) on a first circular contour (29) lie, namely such that the flow inlet edges (22) of all the stator vanes (20) to the flow inlet edges (22) of the respective adjacent vanes (20) an identical distance exhibit;
Flow outlet edges (23) of the stator vanes (20) on a second circular contour (30) lie, namely such that at least a first circumferential position, the flow outlet edge (23) of the respective stator side vane (20) to the flow outlet edge (23) of at least one adjacent vanes (20) has a different distance than at second circumferential positions.
an den zweiten Umfangspositionen die jeweiligen statorseitigen Leitschaufeln (20) alle identische, zweite Staffelungswinkel aufweisen; und
an der oder jeder ersten Umfangspositionen die jeweilige statorseitigen Leitschaufeln (20) einen ersten Staffelungswinkel aufweist, der vom zweiten Staffelungswinkel abweicht.Radial compressor stage according to claim 4, characterized in that
at the second circumferential positions, the respective stator-side vanes (20) all have identical second stagger angles; and
at the or each first circumferential position, the respective stator-side vanes (20) have a first stagger angle that deviates from the second stagger angle.
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