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Für kompressible Medien bestimmte Strömungsmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine für kompressible Medien bestimmte Strömungsmaschine, deren
Läufer von geschlossenen, räumlich gekrümmten Kanälen durchsetzt ist, von denen die Ein- und Aus- trittsöffnungen in verschiedenen Radialebenen liegen. Solche rotierende Strömungsmaschinen dienen der Entspannung oder Verdichtung von gasförmigen Stoffen oder von Gemischen gasförmiger Medien mit
Flüssigkeiten, gegebenenfalls auch mit festen Teilchen in feiner Verteilung.
Es sind Radial-Strömungsmaschinen bekannt, bei denen das Arbeitsmittel im Bereich der Drehachse vorwiegend axial und im Bereich zunehmender Umfangsgeschwindigkeit vorwiegend radial geführt wird.
Im allgemeinen strömt bei Kraftmaschinen dieser Bauarten das Medium in zentripetaler und bei der- artigen Arbeitsmaschinen in zentrifugaler, in Sonderfällen aber auch in entgegengesetzter Richtung.
Bei den bekannten Strömungsmaschinen ist eine Geschwindigkeitsdifferenz des Umlaufes zwischen Leit- system und Laufsystem wirksam, wobei das Leitsystem langsamer umläuft als das Laufsystem, meist je- doch feststeht, in manchen Fällen aber auch in entgegengesetzter Drehrichtung umläuft. Einfachheitshalber werden die Teile, die das leitsystem enthalten, als ruhende oder feststehende Teile bezeichnet, während der mit dem Laufsystem ausgerüstete Teil Laufapparat genannt wird. Bei der Schilderung der
Erfindung wird nachfolgend stets vom feststehenden Teil der Maschine einerseits und vom umlaufenden
Teil anderseits gesprochen. Dementsprechend beziehen sich Leitelemente, wie Leitapparate, Leitschaufeln usw. auf den feststehenden Maschinenteil, während Laufapparate, Laufschaufeln usw. dem rotierenden Teil angehören.
Maschinen dieser Radial-Bauarten haben sich für bestimmte Kennzahlbereiche in der Praxis bewährt. Innerhalb bestimmter Drehzahlbereiche und für bestimmte Durchsatzmengen kann man damit hohe Wirkungsgrade erzielen. Diese Maschinen erfordern aber einen hohen Raum- und Materialaufwand bei hohem Stufengefälle, d. h. bei kleiner Schnelläufigkeit, je Stufe und erreichen nur begrenzte Wirkungsgrade. Aus diesem Grunde pflegt man Radial-Maschinen dieser Art bei Vorhandensein grosser Druckgefälle meist auch in radialer Richtung in mehrere Stufen zu unterteilen, wobei die Strömungsrichtung zentrifugal oder auch abwechselnd zentripetal und zentrifugal sein kann.
Im Gegensatz zu den bekannten Strömungsmaschinen, bei denen sowohl im feststehenden als auch im umlaufenden Teil Schaufeln zur Führung und Abstützung der Strömung verwendet sind, ist bereits eine Strömungsmaschine bekanntgeworden, bei der das gasförmige oder dampfförmige Medium im Maschinenläufer durch geschlossene Kanäle in demselben geführt wird. Bei einer derartigen bekannten Strömungsmaschine tritt das Medium in Richtung der Umfangsgeschwindigkeit in geschlossenen Kanälen tangential in den Läufer ein und verlässt ebenfalls tangential in entgegengesetzter Richtung wieder den Läufer. Die Ein- und Austrittsstellen der Strömung am Läufer sind dabei durch einen geschlossenen, im Innern des Läuferkörpers angeordneten Kanal miteinander verbunden, der das Arbeitsmittel in der Projektion auf eine Tangentialebene an den Läufer um einen Winkel von etwa 1800 umlenkt.
Bei einer
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besonderen Strömungsmaschine dieser Art ist der Kanal zusätzlich zu dieser Krümmung in der Tangen- tialebene in der Projektion auf eine zur Drehachse senkrechte Ebene beim Eintritt in den Läufer in Rich- tung zur Drehachse hin, beim Austritt jedoch von der Drehachse weg stetig gekrümmt, so dass die Strö- mung eine stetige Raumkurve beschreibt, zu deren Darstellung mindestens zwei Krümmungshalbmesser in verschiedenen zueinander senkrechten Ebenen erforderlich sind, von denen mindestens ein Krüm- mungshalbmesser mindestens die doppelte Länge des mittleren Kanaldurchmessers besitzt.
Eine Wei- terbildung dieser bekannten Maschine besteht darin, dass der durch eine stetig gekrümmte Kurve be- grenzte Kanalquerschnitt im Leit- und Laufkörper vor der Mündung stetig in einen Querschnitt über- geht, der an der Mündungsstelle durch eine gekrümmte Kurve und eine Gerade von gleichbleibender
Länge begrenzt ist.
Derartige,"Tangentialmaschinen"benannte, Strömungsmaschinen lassen sich in weiten Drehzahl- grenzen und für unterschiedliche Belastungen betreiben. Die Tangentialmaschinen eignen sich be- sonders für hohe Stufengefälle und kleine Schnellaufzahlen. Sie erreichen jedoch im allgemeinen nicht den hohen Wirkungsgrad der bekannten eingangs geschilderten Radial- und Axial-Maschinen, weil die
Kanäle im Innern des Läufers Strecken aufweisen, in denen Strömungsverluste entstehen, ohne dass dort ein Beitrag zum Energieumsatz geleistet wird.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Tangentialmaschine, bei der jedoch Kanalstrecken, in denen kein Energieumsatz oder nur ein geringer Energieumsatz stattfindet, vermieden werden.
Die Erfindung besteht darin, dass bei einer Strömungsmaschine der oben beschriebenen Art jeder
Kanal in der Nähe der Welle in axialer Richtung in das Laufrad eintritt, danach mittels einer Krüm- mung in einen gekrümmten Abschnitt, der in einer normal zur Laufradwelle stehenden Ebene liegt, übergeht und schliesslich im Bereich des Laufradumfanges mittels einer weiteren Krümmung mit einem
Abschnitt, dessen Achse im Längsschnitt durch den Läufer gesehen parallel zur Läuferwelle verläuft, unter spitzem Winkel aus der Stirnfläche des Laufrades austritt.
An Hand der Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen ein Aus- führungsbeispiel in seinen für die'Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter schematischer
Darstellung. Fig. l zeigt einen Längsschnitt nach der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2.
Wie die Zeichnungen erkennen lassen, handelt es sich hiebei um Strömungsmaschinen, die im Bereich der niedrigen Umfangsgeschwindigkeiten das Radialprinzip ausnutzen, während sich das Tangen- tialprinzip auf den Bereich hoher Umfangsgeschwindigkeiten beschränkt. Im Gegensatz zu den bekannten Strömungsmaschinen mit Schaufelläufern ist bei der Maschine nach der Erfindung ein Läuferkörper vorgesehen, in dessen Kern sich Kanäle befinden. Ein derartiger, mit Kanälen versehener Läuferkörper unterscheidet sich vom Schaufelläufer vornehmlich durch eine relativ grosse Materialanhäufung im mittleren Umfangsbereich.
Wie die Zeichnungen veranschaulichen, tritt jeder Kanal in der Nähe der Welle in axialer Richtung gemäss dem Pfeil--21-- in das Laufrad ein. Es folgt hierauf ein Übergang mittels einer Krümmung-22- in einen gekrümmten Abschnitt --23--, der in einer normal zur Laufradwelle stehenden Ebene liegt. Schliesslich tritt jeder Kanal im Bereich des Laufradumfanges mittels einer weiteren Krümmung mit einem Abschnitt --24--, dessen Achse im Längsschnitt durch den Läufer gesehen parallel zur Läuferwelle verläuft, unter spitzem Winkel aus der Stirnfläche des Laufrades aus.
Bei mehrstufigen Maschinen kann sich an das Laufrad bei Eintritt in die erste bzw. bei Austritt aus der letzten Stufe in an sich bekannter Weise ein Spiralgehäuse anschliessen.
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Fluid flow machine designed for compressible media
The invention relates to a fluid machine intended for compressible media, whose
Runner is penetrated by closed, spatially curved channels, of which the inlet and outlet openings are in different radial planes. Such rotating turbomachines are used to relax or compress gaseous substances or mixtures of gaseous media
Liquids, optionally also with finely divided solid particles.
Radial flow machines are known in which the working medium is guided predominantly axially in the area of the axis of rotation and predominantly radially in the area of increasing peripheral speed.
In general, in power machines of these types the medium flows in a centripetal direction and in such machines in a centrifugal direction, but in special cases also in the opposite direction.
In the known turbomachines, a speed difference in the circulation between the control system and the running system is effective, the control system rotating more slowly than the running system, but mostly stationary, but in some cases also rotating in the opposite direction of rotation. For the sake of simplicity, the parts that contain the guidance system are referred to as stationary or stationary parts, while the part equipped with the running system is called the running apparatus. When describing the
The invention is always based on the stationary part of the machine on the one hand and the rotating part
Part spoken on the other hand. Correspondingly, guide elements, such as guide devices, guide vanes, etc., relate to the stationary machine part, while moving devices, moving blades etc. belong to the rotating part.
Machines of these radial types have proven themselves in practice for certain key figure ranges. This enables high levels of efficiency to be achieved within certain speed ranges and for certain throughput quantities. However, these machines require a lot of space and material with a high step gradient, i. H. at low speed, per stage and only achieve a limited degree of efficiency. For this reason, radial machines of this type are usually divided into several stages in the presence of large pressure gradients, in which case the flow direction can be centrifugal or alternating between centripetal and centrifugal.
In contrast to the known flow machines, in which blades are used to guide and support the flow both in the stationary and in the rotating part, a flow machine has already become known in which the gaseous or vaporous medium in the machine rotor is guided through closed channels in the same. In such a known flow machine, the medium enters the rotor tangentially in closed channels in the direction of the circumferential speed and also tangentially leaves the rotor again in the opposite direction. The entry and exit points of the flow on the runner are connected to one another by a closed channel located inside the runner body, which deflects the working fluid in the projection onto a tangential plane to the runner by an angle of approximately 1800.
At a
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In addition to this curvature in the tangential plane in the projection onto a plane perpendicular to the axis of rotation when entering the rotor in the direction of the axis of rotation, when exiting away from the axis of rotation, however, the channel is continuously curved so that the flow describes a continuous space curve, for the representation of which at least two radii of curvature are required in different mutually perpendicular planes, of which at least one radius of curvature has at least twice the length of the mean channel diameter.
A further development of this known machine consists in the fact that the channel cross-section in the guide and running body in front of the mouth, which is delimited by a continuously curved curve, continuously merges into a cross-section that is constant at the mouth with a curved curve and straight line
Length is limited.
Such flow machines, called "tangential machines", can be operated within wide speed limits and for different loads. The tangential machines are particularly suitable for high gradients and small high-speed increments. However, you generally do not achieve the high efficiency of the known radial and axial machines described above, because the
Channels in the interior of the runner have sections in which flow losses occur without making a contribution to the energy turnover.
The invention relates to a tangential machine in which, however, duct sections in which there is no or only little energy conversion are avoided.
The invention consists in that in a turbomachine of the type described above, each
Channel near the shaft enters the impeller in the axial direction, then by means of a curvature in a curved section which lies in a plane normal to the impeller shaft, and finally in the area of the impeller circumference by means of a further curvature with a
Section, the axis of which runs parallel to the rotor shaft as seen in the longitudinal section through the rotor, emerges at an acute angle from the end face of the rotor.
The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. The figures show an embodiment in its essential parts for the invention in a greatly simplified schematic
Presentation. FIG. 1 shows a longitudinal section along the line I-I in FIG. 2, FIG. 2 shows a cross section along the line II-II in FIG. 1 and FIG. 3 shows a section along the line III-III in FIG.
As can be seen from the drawings, these are turbo machines that use the radial principle in the area of low circumferential speeds, while the tangential principle is limited to the area of high circumferential speeds. In contrast to the known turbomachines with blade rotors, a rotor body is provided in the machine according to the invention, in the core of which there are channels. Such a rotor body provided with channels differs from the blade rotor primarily in that it has a relatively large accumulation of material in the central circumferential area.
As the drawings illustrate, each channel enters the impeller near the shaft in the axial direction according to the arrow - 21 -. This is followed by a transition by means of a curvature -22- into a curved section -23-, which lies in a plane normal to the impeller shaft. Finally, in the area of the impeller circumference, each channel emerges at an acute angle from the end face of the impeller by means of a further curve with a section --24--, the axis of which runs parallel to the rotor shaft in a longitudinal section through the rotor.
In the case of multi-stage machines, a spiral housing can be connected to the impeller in a manner known per se when entering the first or exiting the last stage.