KENNFELDSTABILISIERUNG BEI EINEM RADIALVERDICHTER

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1.

[0002] Der Trend in der Entwicklung aufgeladener Motoren geht heute zu höheren Mitteldrücken schon bei niedrigen Motordrehzahlen. Beim Einsatz heute üblicher Verdichter kommt man mit der Motorbetriebslinie der Pumpgrenze recht nahe und bewegt sich in dem der Pumpgrenze teilweise vorgelagerten Geräuschegebiet.

[0003] Um solche Motoren besser bedienen zu können, sind Verdichter mit einer Charakteristik erforderlich, die ein breites Kennfeld und breite Wirkungsgradmuscheln besitzen.

[0004] Um den genannten Forderungen mit bestehender Hardware näher zu kommen, bietet sich der Einsatz von kennfeldstabilisierenden Maßnahmen (KSM) im Eintrittsbereich des Verdichters als sehr effektive Methode an.

[0005] Solche kennfeldstabilisierenden Maßnahmen in Form von Zirkulationskammern sind seit längerem bekannt. Sie wirken in Kennfeldbereichen, in denen das Laufrad falsch angeströmt wird. Die Kennfeldstabilisierung ermöglicht in solchen kritischen Betriebspunkten eine Stabilisierung des Kennfeldes, indem solche Störungen durch das Puffervolumen im Zirkulationsraum kompensiert wird. Ist die Störung ausgeprägter, tritt einen Zirkulation zwischen den Konturnuten und dem Zirkulationsraum ein. Im Bereich der Pumpgrenze wird das Laufrad mit zunehmend kleinerem Anströmwinkel angeströmt und zusätzlich steigt der Druck im Laufrad. Dadurch wird Luftmasse an den Verdichtereintritt zurückgefördert. Am Laufradeintritt wird mehr Luft angesaugt, als der Verdichter insgesamt fördert. Damit wird der Anströmwinkel für diesen Betriebspunkt verbessert und die Pumpgrenze zu kleineren Durchsätzen verschoben. Die Stopfgrenze wird durch Erreichen der Schallgeschwindigkeit am Laufradeintritt verursacht. Hier entsteht Unterdruck und über die Umwegleitung wird Luft ins Laufrad gefördert, womit die Stopfgrenze nach rechts verschoben wird. Dazwischen ist die Funktion der Kennlinienstabilisierung mehr oder weniger außer Betrieb. Bei idealer Anströmung und Abstimmung ist sie ohne Wirkung.

[0006] Die Technik, den Druck durch Umwegleitungen auszugleichen, die an verschiedenen axialen Bereichen angeschlossen sind und über welche ein Druckausgleich stattfinden kann, ist besonders durch die DE-PS 1428077 bekannt. Die Technik wurde stetig weiterentwickelt, wie in einem Übersichtsartikel von H.-D. Henssler (Kühnle, Kopp & Hausch, Sonderdruck aus VGB Kraftwerkstechnik, 57. Jahrgang, Heft 3, 1977) dargestellt wird.

[0007] Moderne Einrichtungen für die Kennlinienstabilisierung sind durch die EP-A 348674 und EP-B 229 519, GB-OS 2 202 585 und GB-OS 2 220 447 bekannt. Dabei offenbaren die EP-B 229 519, GB-OS 2 202 585 und die GB-OS 2 220 447 eine Umwegleitung, die direkt vom Saugmund hinter den Verdichtereintritt führt. Der Förderstrom durch den Zirkulationsraum wird durch den Druckunterschied vor dem Verdichterrad-Eintritt über eine Öffnung zum Zirkulationsraum, die im folgenden Öffnung 1 genannt wird, bzw. vom Zirkulationsraum zum Druck in einer Öffnung am Verdichterrad, die im folgenden als Öffnung 2 bezeichnet wird, bestimmt.

[0008] Nachteilig ist, daß der Zustand des Zirkulationsraumes nicht an den Zustand im Saugkanal, direkt vor Verdichterrad-Eintritt, angebunden ist. Für die Abstimmung ist als wesentliche Regelstelle nur die Nut nutzbar. So könnte eine breite Nut die Stopfgrenze deutlich verschieben, verschlechtert aber im Bereich des Optimums den Wirkungsgrad beträchtlich, so daß sich mit der gerade noch tolerierbaren Verschlechterung des Wirkungsgrades die Grenze dieser Ausführung ergibt.

[0009] Diese negativen Eigenschaften werden in EP-A 348674 dadurch umgangen, daß sowohl Eingang als auch Ausgang nahezu senkrecht zur Hauptströmung liegen. Die Umwegeleitung wird also nicht mehr direkt angeblasen. Dadurch ergibt sich eine Umwegströmung, die von den Druckunterschieden am Eingang und Ausgang der Umwegleitung erzeugt wird.

[0010] Der Nachteil dieser Konstruktion ergibt sich daraus, daß beide Seiten der Umwegeleitung vor dem Verdichterrad liegen. Das heißt der Druckunterschied an der Umwegeleitung ist in jedem Fall sehr gering, wodurch diese Konstruktion nur wirksam wird, wenn extreme Druckgradienten vor dem Verdichterrad auftreten. Es ist aber wünschenswert die Stabilisierung viel früher einsetzen zu lassen, da dann die Kennlinie schon im Bereich hoher geförderter Volumina verbreitert wird. Für den Nennleistungspunkt eines Antriebsmotors bedeutet dies einen besseren Wirkungsgrad bei niedrigerem Drehzahlniveau bzw. größere Höhenbetriebsreserven.

[0011] Ein weiterer Nachteil bisheriger Konstruktionen besteht darin, daß die Stabilisierungseinrichtung auf den Verdichtertyp angepaßt werden muß. Unterschiede in der Verdichterschaufelauslegung, von Konturvariationen und daraus resultierende unterschiedlichen Lagen und Intensitäten von Störungs- bzw. Abreißbereichen, erlauben es bisher nicht, eine klare technische Richtlinie zur Auslegung einer Stabilisierungseinrichtung zu geben. Es kann bisher nicht sicher vorhergesagt werden, ob überhaupt und mit welcher Stabilisierungsmaßnahme bei einem gegebenen Verdichter, insbesondere bei einem Radialverdichter, eine stabile Kennlinie zu erreichen ist. Es wäre beim gegenwärtigen Stand der Technik äußerst wünschenswert, wenn eine Anpassung mit möglichst wenigen Parameter möglich wird.

[0012] Aus diesen Nachteilen leitet sich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ab, eine Kennlinienstabilisierung für Radialverdichter zu schaffen, die eine Verbreiterung des Kennlinienfeldes ohne Wirkungsgradverluste ermöglicht.

[0013] Ausgehend von einer Einrichtung der Kennlinienstabilisierung der eingangs genannten Art, wird diese Aufgabe durch eine Kennlinienstabilisierung nach den Kennzeichen des Anspruch 1 gelöst.

[0014] Nach den Merkmalen des Anspruchs 1 verläuft die Strömung durch den als Umwegleitung dienenden Zirkulationsraum im Eingangsbereich praktisch senkrecht zur Hauptströmung an der Wand, sodaß zusätzliche Wirbel an dieser Öffnung und die damit verbundenen Nachteile minimiert sind. Durch den Einlaufring ist dieser Bereich stärker an den Zustand der Hauptströmung direkt vor Verdichterrad- Eintritt gekoppelt. Das andere Ende des Zirkulationsraums mündet hinter dem Verdichterrad-Eintritt ins Laufrad. Das bedeutet, die Kennlinienstabilisierung arbeitet bei höherer Druckdifferenz und reagiert damit wesentlich empfindlicher auf Druckänderungen zwischen Eingang und Ausgang des Zirkulationsraumes als bei einer Konstruktion nach EP-OS 0348674. Die Regelwirkung setzt stärker ein. Die Ausnutzung großer Druckdifferenzen durch die strömungsmäßige Verbindung zum Laufrad ist in dieser Konstruktion möglich. Die Erfindung ermöglicht bei stabilen Betriebsbedingungen, daß eine Druckdifferenz Null am Zirkulationsraum im optimalen Betriebsbereich konstruktiv eingestellt werden kann, sodaß dann der Zirkulationsraum wirkungslos ist und keine Wirkungsgradeinbußen an diesem Arbeitsbereich auftreten.

[0015] Nach dem oben Gesagten ergibt sich für die Erfindung auch, daß man bei dieser Ausführung einen Verdichter auf neue Bedingungen anpassen kann, indem man den Eingangsbereich optimiert. Die Ausführung sieht dafür einen Einlaufring vor, der über Veränderung der Strömungsverhältnisse im Eingang die Druckdifferenz im Zirkulationsraum beeinflußt. Daraus resultierend wird eine einfache Optimierung der Kennlinienstabilisierung auf Anwendungen möglich, d.h. mit der Größe des Einlaufring-Innendurchmessers kann der Zustand im Zirkulationsraum abgestimmt werden. Mit kleiner werdendem Einlaufdurchmesser wird der Zustand im Zirkulationsraum enger an den Strömungszustand bzw. den Strömungsdruck vor der Laufradeintrittskante angepaßt.

[0016] Ein auswechselbarer Einlauf als solcher ist durch die US-A-4 676 717 bekannt. Dieser auswechselbare Einlauf dient jedoch nicht der Kennlinienstabilisierung.

[0017] Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

[0018] Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Es zeigen

Fig.1:

ein Teilschnitt durch einen Radialverdichter mit Kennlinienstabilisierung;

Fig.2:

einen Teilschnitt durch einen Radialverdichter mit einer weiteren Kennlinienstabilisierung;

Fig.3:

einen Teilschnitt durch einen Radialverdichter mit einer weiteren konstruktiv veränderten Ausführung der Kennlinienstabilisierung;

Fig.4:

einen weiteren Teilschnitt einer anderen Ausführungsform;

Fig.5:

einen Teilschnitt durch eine Ausführungsform mit einer weiteren Konturnut;

Fig.6:

einen Teilschnitt durch eine Ausführungsform mit einem verändertem Einlaufring.

[0019] Der in Fig.1 im Teilschnitt dargestellte Radialverdichter besteht aus einem Verdichtergehäuse 1 mit einem Laufrad 49, welches das zu verdichtende Medium in Fig.1 von links nach rechts bewegt. Die Hauptströmung tritt vom Einlaufbereich 11, in dem ein teilweise mit konischer Kontur versehener Einlaufring 10 angeordnet ist, in das Laufrad 49 ein und strömt vom Laufradaustritt 46 in den Diffusor 44.

[0020] In der Gehäusewandung ist eine Umwegleitung mit einer Zirkulationskammer 31 angebracht, die über eine Einlaufnut 22 mit dem Einlaufbereich verbunden ist, und über eine Konturnut 38 im Bereich der Laufradkontur in die Hauptströmung mündet. Die Einlaufnut 22 schließt die Einlaufstrecke ab und befindet sich mit ihrer vollen Öffnungsbreite 24 vor der Laufradeintrittskante 2. Die Tiefe der Nut reicht in radialer Richtung bis an den Innendurchmesser 16 des Einlaufringes 10 und wird vom Durchmesser 16 des Einlaufbereichs 11 bis zur Gehäuseinnenfläche von Stegen 32 unterbrochen.

[0021] Ein Konturring 26 erstreckt sich von der Einlaufnut 22 bis zur Konturnut 38. Die Laufradeintrittskante 2 befindet sich in einer mittleren axialen Lage des Konturrings. Der Innendurchmesser 28 des Konturringes entspricht dem des Laufraddurchmessser unter Wahrung eines notwendigen Laufspaltes. Der Außendurchmesser des Konturrings 30 kann größer, kleiner oder gleich dem Durchmesser 16 sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist er kleiner gewählt. Der Konturring wird über die Stege 32 zum Gehäuse zentrisch gehalten. Die Stege sind an das Verdichtergehäuse 1 angegossen oder in dieses eingefräst. Verdichtergehäuse 1 und Einlaufring 10 können auch aus einem Stück gefertigt sein.

[0022] Bei einer anderen Ausführungsform können die Stege 32 auch einstückig mit dem Konturring 26 ausgeführt sein. Des weiteren kann der Konturring 26 auch mit den Stegen 32 und einem weiteren äußeren Ring 27 eine Montageeinheit bilden. Das ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Einheit aus Kunststoff gefertigt ist.

[0023] Der Konturring 26 besitzt einen Einlaufkegel am Innendurchmesser. Dieser wird so gewählt, daß der Durchmesser 28 vor der Laufradeintrittskante 2 zylindrisch ist. Die Form des Konturringes 26 in radialer Richtung ergibt sich aus der Form der Einlaufnut 22 und der Konturnut 38.

[0024] Die Konturnut 38 befindet sich zwischen dem Konturring 26 und dem Abschnitt 42, der in seiner Form der Außenkontur des Laufrades bis zum Diffusor 44 entspricht. Der Durchmesser 40 der diffusorseitigen Anschnittkante ist größer als der Durchmesser 28 der einlaufseitigen Anschnittkante. Die Konturnut ist in radialer Richtung unter einem Zuströmwinkel 43 zwischen 20° und 30° angeordnet. Üblicherweise ergibt sich der Zuströmwinkel durch die Senkrechte auf die Tangente an der Innenkontur, die der Außenkontur des Laufrades entspricht.

[0025] Die Anschnittkanten der Konturnut 38 können mit einem Radius von 0 bis 4 mm abgerundet sein. Mit dem Radius wird eine von scharfen Kanten ausgelöste Geräuschentwicklung verringert. Der Radius ist an beiden Anschnittkanten gleich.

[0026] Auf dem Abschnitt 42 zwischen der Konturnut 38 und dem Diffusor 44 kann eine weitere Konturnut 138 angeordnet sein. In Figur 5 ist eine solche Ausführungsform dargestellt. Die Breite dieser Konturnut 138 ist deutlich kleiner als die Breite 36 der Konturnut 38.

[0027] Die Kennlinienstabilisierung beruht auf dem Druckausgleich über den Zirkulationsraum 31, der durch Einlaufring 10, das Verdichtergehäuse 1 und den Konturring 26 gebildet ist und über die von den Konturnuten 22 und 38 gebildeten Verbindungsöffnungen 33 und 45 mit der Hauptströmung in Verbindung steht.

[0028] Der Einlaufring begrenzt den Zirkulationsraum über einen Abschnitt 15 an der Einlaufseite. Durch den konischen Einlaufring 10 wird die Hauptströmung in Richtung Verdichterradeintritt beschleunigt.

[0029] Die Wandströmung am Einlaufring führt zu einer Zustandsänderung, die über die Konturnut 22 auch den Zustand im Zirkulationsraum 31 beeinflußt. Die Drucke an den Verbindungsöffnungen 33 und 45 können durch die Dimensionierung der Konturnuten 22 und 38 und der entsprechenden Strömungsverhältnisse festgelegt werden. Außerdem muß die Kennlinienstabilisierung an den Verdichtertyp angepaßt werden, wobei die Lage der Konturnut über der Laufradkontur, deren Breite und Schrägstellung ebenso wie die Volumen der Zirkulationskammern, die Gestaltung des Einlaufs und die Lage der Einlaufnut die Charakteristik der Drehzahllinien bestimmen. Bei Festlegung der Druckdifferenz auf Null im Auslegungsbereich wird die Wirkung des Zirkulationsraumes aufgehoben. In diesem Bereich wird die Leistung des Radialverdichters nicht beeinflußt, d.h. es treten keine Wirkungsgradverluste auf.

[0030] Entstehen nun Druckabweichungen gegenüber diesem eingestellten Idealfall, können sich diese über den Zirkulationsraum ausgleichen. Das hat eine Kennlinienstabilisierung links vom Optimum und eine Erhöhung des Durchsatzbereiches rechts vom Optimum zur Folge, insgesamt eine Verbreiterung des Arbeitsbereiches.

[0031] Da die Wirkungsweise der Kennlinienstabilisierung wesentlich von den Strömungsverhältnissen im Einlaufbereich abhängt, ist eine einfache Optimierung durch Austausch des Einlaufrings 10 möglich, der mit Montagestiften 12 befestigt ist und bei entsprechender Ausführung der Befestigung leicht ausgewechselt werden kann.

[0032] Die Stege 32, die den Konturring 26 halten, erfüllen zusätzlich zu der zentrischen Befestigungsmöglichkeit, die Aufgabe, die Strömung in axialer Richtung zu stabilisieren.

[0033] Bei großen Verdichtern, insbesondere in Verbindung mit großen Nabenverhältnissen, verursachen die relativ breiten Stege vor allem bei einer Strömung von Öffnung 33 zu Öffnung 45 eine ausgeprägte Nachlaufströmung. Die Folge ist ein deutlich höheres, lauteres Klangbild. Eine deutliche Verbesserung des Klangbildes erreicht man in solchen Fällen durch Kürzen der Stege im Zirkulationsraum (Fig.2). Der Strömung wird so mehr Weg gegeben, die Nachlaufströmung der Stege abzubauen.

[0034] Zur Vermeidung dieser Nachteile ist eine Ausführung nach Figur 2 vorzuziehen. Dabei berühren die Stege nicht mehr die Nuten und der Steg selbst ist diffusorseitig ausgerundet.

[0035] Eine andere Ausführung der Erfindung ist in Figur 3 dargestellt. Im Gegensatz zu Figur 1 ragt hier die Konturnut 38 nicht weit in den Zirkulationsraum 31 hinein. Die Stege 32 sind zur Öffnung der Konturnut 38 hin abgerundet. Gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig.1, in der die ideale Ausführung einer Konturnut unter einem Zuströmungswinkel 43 dargestellt ist, hat die Nut eine geringere Tiefe, um die Montage bei der Serienfertigung zu erleichtern. Beim Einsetzen des Konturrings 26 dient ein Montagestift 13, der in eine Bohrung im Gehäuse paßt als Verdrehsicherung. Der Einlauf in den Zirkulationsraum an der Öffnung 45 ist nach wie vor schräg. Zum Abschnitt 42 hat sich eine radiale Anlagefläche gebildet, die die Montage des Konturrings erleichtert. Gegen Verdrehung sichert der Stift 13.

[0036] Der Einlaufring 10 ist in den Beispielen der Figuren 1 bis 3 in den Eintrittsbereich eingepaßt und mit den Stiften 12 gesichert. Eine andere Version sieht die Konstruktion nach Figur 4 vor. Dabei wird der Einsatz 110 direkt am Gehäuse angeschraubt und bestimmt den Außendurchmesser des Zirkulationsraumes 31. Dies ist eine weitere Ausführung um einen Verdichter entsprechend den Kundenwünschen abzustimmen.

[0037] In Figur 5 ist eine weiter Ausführungsform gezeigt. Der Zirkulationsraum erstreckt sich hier fast bis zum Laufradende. Zur besseren Einstellung der Kennlinienstabilisierung sind hier drei Konturnuten 22 45 und 38 vorgesehen.

[0038] In Figur 6 ist ein Beispiel einer Ausführungsform gezeigt, in der der Durchmesser 16 der Einlaufstrecke kleiner ist, als der Konturring. Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil einer höheren Beschleunigung im Eingangsbereich und eine Verbesserung der Druckdifferenzverhältnisse im Bereich der Öffnung 33 und im Zirkulationsraum.

[0039] Wie vorstehend ausgeführt wurde, beruht die Wirkungsweise der Kennlinienstabilisierung wesentlich auf den Strömungsverhältnissen an den Konturnuten 22 und 38 und in dem Zirkulationsraum 31 selbst. Die Strömungsverhältnisse an den Verbindungsöffnungen werden wesentlich von den Konturnuten beeinflußt.

[0040] Die gewünschte Charakteristik erhält man durch Abstimmung des Gesamtsystems, wobei im erfindungsgemäßen Fall größter Wert auf die Beibehaltung des Wirkungsgradniveaus gelegt wird. Eine Abstimmung der Kennlinienstabilisierung zum Hinausschieben der Stopfgrenze liefert unter diesem Gesichtspunkt die besten Ergebnisse. Da der Arbeitsbereich einer Verdichterbaugröße bezüglich der Pumpgrenze durch die Variation des Nabenverhältnisses bzw. durch die Verdichterkontur eingestellt wird, und weil für eine Verdichterbaugröße die gleiche Zirkulationseinrichtung verwendet werden soll, bezieht man die Dimensionierung der KSM sinnvollerweise auf die Austrittsfläche des Laufrades.

[0041] Bei der Abstimmung sind grundsätzlich folgende Punkte zu beachten;

1) Die Dimensionierung der Fläche des Zirkulationsraumes 31.

2) Der Zustand in diesem Zirkulationsraum ist zusätzlich durch einen Einlaufring 10 abzustimmen, der den Zirkulationsraum im Saugmund mehr oder weniger verdeckt.

3) Die Fläche und die Lage der Konturnut 38 über dem Laufrad.

4) Der Zuströmwinkel 43 der Konturnut 38 über dem Laufrad.

[0042] Nachfolgend werden Konstruktionsmerkmale zur Optimierung dieser Größen gegeben.

[0043] Der Durchmesser 16 des Einlaufs ist das 0,64 bis 1,2fache des Laufradaustrittsdurchmessers 48, wobei der bevorzugte Bereich zwischen 0,7 und 0,9 liegt.

[0044] Die Breite 36 der Konturnut 38 beträgt das 0,55 bis 0,7 fache der Laufradsaustrittsbreite 50.

[0045] Bei Anbringung weiterer Konturnuten sollten ihre Breiten nicht mehr als zu einem Viertel der Laufradaustrittsbreite 50 entsprechen.

[0046] Die axiale Lage, gegeben durch den Abstand 56 zwischen Konturnut 38 und hinterem Ende des Laufrads 49, beträgt das 0,15 bis 0,3 fache des Laufradaustrittsdurchmessers 48.

[0047] Die axiale Lage der Einlaufnut 22 befindet sich im Abstand 58 zum hinteren Ende des Laufrads, wobei dieser Abstand 58 das 0,36 bis 0,6 fache des Laufradaustrittssdurchmessers 48 ist.

[0048] Die Breite 24 der Einlaufnut 22 ist das 1 bis 1.1 fache der Breite 36 der Konturnut 38.

[0049] Das Verhältnis der Querschnittsfläche des Zirkulationsraums 31 in radialer Richtung zur Fläche der Konturnut 38 liegt zwischen dem 3,5 und 4,5 fachen der Fläche, die auf den Durchmesser 40 der Fläche der Konturnut bezogen ist.

[0050] Das Verhältnis des Innendurchmessers 30 des Zirkulationsraumes 31 ist ungefähr das 0,8 fache des Laufradaustrittsdurch-messers 48.

[0051] Die Nutbreite 36 der Konturnut 38 ist das 0,03 bis 0,05 fache des Laufradaustrittsdurchmessers 48.

[0052] Das Verhältnis von der Fläche der Konturnut 38 zum Quadrat des Laufradaustrittsdurchmessers 48 ist das 0,106 bis 0,151 fache des Nabenverhältnisses, wobei das Nabenverhältnis durch das Verhältnis des Laufraddurchmessers im Eintritt 34 zu dem des Austritts 48 bestimmt ist und beispielsweise zwischen 0,64 bis 0,74 liegt.

[0053] Das Volumen des Zirkulationsraums 31 liegt zwischen dem 0.06 und dem 0.23 fachen der dritten Potenz des Laufradaustrittsdurchmessers 48.

[0054] Die engen Intervalle dieser Verhältnisse machen deutlich, auf welche Größen bei der Konstruktion eines Radialverdichters mit Kennfeldstabilisierung genauer zu achten ist. Die angegebenen Einstellbereiche zeigen an, in welchem Wertebereich die angegebenen Werte eingehalten werden müssen. Die in den Angaben enthaltene Lehre erlaubt es, eine Kennlinienstabilisierung für Radialverdichter zu konstruieren, die den Wirkungsgrad nicht beeinträchtigt und das Kennfeld verbreitert.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter, der einen Einlaufbereich (11), ein Laufrad (49) und einen Austrittsbereich (46, 44) besitzt, wobei sich das Laufrad (49) zwischen Einlaufbereich (11) und Austrittsbereich (46, 44) befindet und durch Rotation des Laufrades ein Fördermedium vom Einlaufbereich (11) zum Austrittsbereich (46, 44) befördert, das Laufrad entlang seiner Achse eine Kontur besitzt, die sich vom Eintrittsdurchmesser (34) zum Austrittsdurchmesser (48) entsprechend dem Profil der es umgebenden Konturwand (42) verändert und wobei die Kennlinienstabilisierung einen Zirkulationsraum (31) aufweist, der mit einer Verbindungsöffnung (33) mit der Hauptströmung im Eingangsbereich (11) und mit einer Verbindungsöffnung (45) an der Konturwand (42) zwischen Laufradeintritt (2) und Laufradaustritt (46) mit der Hauptströmung in Verbindung steht,dadurch gekennzeichnet,
daß sich im Einlaufbereich (11) ein die Hauptströmung einengender und beschleunigender und den Zirkulationsraum (31) gegenüber der Hauptströmung über einen Abstand (15) abdeckender Einlaufring (10) befindet, durch den ein kontinuierlich in Strömungsrichtung sich verengender Einlaufbereich ausgebildet ist, und
daß die Verbindungsöffnung (33) in dem Verlauf des sich kontinuierlich verengenden Einlaufbereichs angeordnet ist, so daß die Strömung durch den Zirkulationsraum (31) in einem Bereich an die Hauptströmung angebunden ist, in dem die Hauptströmung beschleunigt ist,

2. Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die teilweise Abdeckung des Zirkulationsraumes (31) aus einem auswechselbaren und anpaßbaren Einlaufring (10) besteht.

3. Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Einlaufdurchmesser (16) das 0,64 bis 1,2 fache des Laufradaustrittsdurchmessers (48) beträgt und der bevorzugte Bereich zwischen 0,7 bis 0,9 liegt.

4. Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Konturnut (38), welche die Strömung zum Laufrad (49) führt, einen Zuströmwinkel (43) in radialer Richtung zwischen 20° und 30° aufweist.

5. Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite (36) der Konturnut (38) das 0,55 bis 0,7 fache der Laufradsaustrittsbreite (50) beträgt.

6. Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine weitere Konturnut (138) vorhanden ist, deren Breite bis zu einem Viertel der Laufradsaustrittsbreite (50) entspricht.

7. Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die axiale Lage, gegeben durch den Abstand (56) der Konturnut (38) vom hinteren Ende des Laufrads (49), das 0,15 bis 0,3 fache des Laufradaustrittsdurchmessers (48) ist.

8. Einrichtung zur Kennnfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Lage der Einlaufnut (22) im Abstand (58) zum hinteren Ende des Laufrads befindet, welche das 0,36 bis 0,6 fache des Laufradaustrittsdurchmessers (48) beträgt.

9. Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis der Breite (24) der Einlaufnut (22) zur Breite (36) der Konturnut (38) das 1 bis 1,1 fache ist.

10. Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis der Querschnittsfläche des Zirkulationsraumes (31) zur radialen Fläche der Konturnut (38) zwischen 3,5 und 4,5 ist.

11. Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis des Innendurchmessers (30) des Zirkulationsraumes (31) ungefähr das 0,8 fache des Laufradaustrittsdurchmessers (48) ist.

12. Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Nutbreite (36) der Konturnut (38) das 0,03 bis 0,05 fache des Laufradaustrittsdurchmessers (48) beträgt.

13. Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis der Fläche der Konturnut (38) zum Quadrat des Laufradaustrittsdurchmessers zwischen 0,106 bis 0,151 des Nabenverhältnisses liegt, wobei das Nabenverhältnis durch das Verhältnis des Laufraddurchmessers im Eintritt (34) zu dem des Austritts (48) bestimmt ist.

14. Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Volumen des Zirkulationsraumes (31) zwischen dem 0,06 und dem 0,23 fachen der dritten Potenz des Laufradaustrittsdurchmessers (48) ist.

15. Einrichtung zur Kennfeldstabilisierung bei einem Radialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stirnseiten der den Konturring (26) tragenden Stege abgerundet sind.

Claims

1. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor which has an inlet region (11), a rotor (49) and an outlet region (46, 44), wherein the rotor (49) is located between inlet region (11) and outlet region (46, 44) and by rotation of the rotor conveys a pumping medium from the inlet region (11) to the outlet region (46, 44), the rotor along its axis has a contour which varies from the inlet diameter (34) to the outlet diameter (48) according to the profile of the contour wall (42) surrounding it and wherein the stabilisation of characteristic curves comprises a circulation chamber (31) which with a connecting opening (33) communicates with a main stream in the inlet region (11) and with a connecting opening (45) at the contour wall (42) between rotor inlet (2) and rotor outlet (46) with the main stream, characterised in that in the inlet region (11) is located an inlet ring (10) which constricts and accelerates the main stream and shields the circulation chamber (31) from the main stream over a distance (15) and by which is formed an inlet region tapering continuously in the direction of flow, and in that the connecting opening (33) is arranged in the course of the continuously tapering inlet region, so that the stream through the circulation chamber (31) is connected to the main stream in a region in which the main stream is accelerated.

2. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor according to claim 1, characterised in that the partial shielding of the circulation chamber (31) consists of an exchangeable and adaptable inlet ring (10).

3. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor according to claims 1 and 2, characterised in that the inlet diameter (16) is 0.64 to 1.2 times the rotor outlet diameter (48) and the preferred range is between 0.7 and 0.9.

4. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor according to any of claims 1 to 3, characterised in that a contour groove (38) which conducts the stream to the rotor (49) has an inflow angle (43) in a radial direction of between 20° and 30°.

5. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor according to any of claims 1 to 4, characterised in that the width (36) of the contour groove (38) is 0.55 to 0.7 times the rotor outlet width (50).

6. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor according to one or more of claims 1 to 5, characterised in that there is at least one further contour groove (138) of which the width corresponds to up to one-quarter of the rotor outlet width (50).

7. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor according to one or more of claims 1 to 6, characterised in that the axial position, determined by the distance (56) of the contour groove (38) from the rear end of the rotor (49), is 0.15 to 0.3 times the rotor outlet diameter (48).

8. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor according to claims 1 to 7, characterised in that the position of the inlet groove (22) is at a distance (58) from the rear end of the rotor which is 0.36 to 0.6 times the rotor outlet diameter (48).

9. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor according to claims 1 to 8, characterised in that the ratio of the width (24) of the inlet groove (22) to the width (36) of the contour groove (38) is 1 to 1.1.

10. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor according to claims 1 to 9, characterised in that the ratio of the cross-sectional area of the circulation chamber (31) to the radial area of the contour groove (38) is between 3.5 and 4.5.

11. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor according to claims 1 to 10, characterised in that the ratio of the inside diameter (30) of the circulation chamber (31) is approximately 0.8 times the rotor outlet diameter (48).

12. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor according to claims 1 to 11, characterised in that the width (36) of the contour groove (38) is 0.03 to 0.05 times the rotor outlet diameter (48).

13. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor according to claims 1 to 12, characterised in that the ratio of the area of the contour groove (38) to the square of the rotor outlet diameter is between 0.106 and 0.151 of the hub ratio, wherein the hub ratio is determined by the ratio of the rotor diameter in the inlet (34) to that of the outlet (48).

14. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor according to claims 1 to 13, characterised in that the volume of the circulation chamber (31) is between 0.06 and 0.23 times the cube of the rotor outlet diameter (48).

15. Device for stabilising the performance characteristics in a radial compressor according to claims 1 to 14, characterised in that the end faces of the webs carrying the contour ring (26) are rounded.

Revendications

1. Dispositif pour la stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial comprenant une section d'entrée (11) une roue à aubes (49) et une section de sortie (46, 44) la roue à aubes (49) étant placée entre la section d'entrée (11) et la section de sortie (46, 44) et transportant, par rotation de la roue à aubes, un liquide refoulé de la section d'entrée (11) vers la section de sortie (46, 44), la roue à aubes présentant le long de son axe un contour qui varie, du diamètre d'entrée (34) au diamètre de sortie (48), suivant le profil de la paroi de contour (42) qui l'entoure, et le système de stabilisation des caractéristiques de fonctionnement comportant un volume de circulation (31) qui communique avec le courant principal par l'intermédiaire d'une ouverture de communication (33) dans la section d'entrée (11) et d'une ouverture de communication (45) ménagée dans la paroi de contour (42) entre l'entrée (2) et la sortie (46) de la roue à aubes, caractérisé en ce que dans la section d'entrée (11) est disposée une bague d'entrée (10) qui resserre et accélère le courant principal, recouvre le volume de circulation (31) par rapport au courant principal sur une distance (15) et forme une section d'entrée qui se rétrécit progressivement dans la direction d'écoulement et que l'ouverture de communication (33) est disposée dans l'extension de la section d'entrée se rétrécissant de manière progressive de telle sorte que le courant passant par le volume de circulation (31) est raccordé au courant principal dans une région dans laquelle ledit courant principal est accéléré.

2. Dispositif pour la stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial selon la revendication 1, caractérisé en ce que le recouvrement partiel du volume de circulation (31) est assuré par une bague d'entrée (10) interchangeable et adaptable.

3. Dispositif de stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le diamètre d'entrée (16) est compris entre 0,64 et 1,2 fois le diamètre de sortie (48) de la roue à aubes, de préférence entre 0,7 et 0,9 fois.

4. Dispositif de stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une rainure de contour (38) amenant le courant à la roue à aubes (49) présente un angle d'affluence (43) dans le sens radial entre 20° et 30°.

5. Dispositif de stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la largeur (36) de la rainure de contour (38) est comprise entre 0,55 et 0,7 fois la largeur de sortie (50) de la roue à aubes.

6. Dispositif de stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une rainure de contour supplémentaire (138) dont la largeur peut atteindre un quart de la largeur de sortie (50) de la roue à aubes.

7. Dispositif de stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la position axiale, définie par la distance (56) entre la rainure de contour (38) et l'extrémité postérieure de la roue à aubes (49) est de 0,15 à 0,3 fois le diamètre de sortie (48) de la roue à aubes.

8. Dispositif de stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la position de la rainure d'entrée (22) se situe à la distance (58) de l'extrémité postérieure de la roue à aubes, laquelle distance est égale à 0,36 à 0,6 fois le diamètre de sortie (48) de la roue à aubes.

9. Dispositif de stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le rapport entre la largeur (24) de la rainure d'entrée (22) et la largeur (36) de la rainure de contour (38) est compris entre 1 et 1,1.

10. Dispositif de stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le rapport entre l'aire de la section du volume de circulation (31) et la surface radiale de la rainure de contour (38) est compris entre 3,5 et 4,5.

11. Dispositif de stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le diamètre intérieur (30) du volume de circulation (31) est d'environ 0,8 fois le diamètre de sortie (48) de la roue à aubes.

12. Dispositif de stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la largeur (36) de la rainure de contour (38) est égale à 0,03 à 0,05 fois le diamètre de sortie (48) de la roue à aubes.

13. Dispositif de stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le rapport de la surface de la rainure de contour (38) et le carré du diamètre de sortie de la roue à aubes est compris entre 0,106 à 0,151 fois le rapport des moyeux, le rapport des moyeux étant défini par le rapport des diamètres de la roue à aubes à l'entrée (34) et à la sortie (48).

14. Dispositif de stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le volume de l'espace de circulation (31) est compris entre 0,06 et 0,23 fois la puissance trois du diamètre de sortie (48) de la roue à aubes.

15. Dispositif de stabilisation des caractéristiques de fonctionnement pour un compresseur centrifuge radial selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les surfaces frontales des nervures portant la bague de contour (26) sont arrondies.

Zeichnung