DE865773C - Air cooling for the blade carrier of multi-stage compressors - Google Patents
Air cooling for the blade carrier of multi-stage compressorsInfo
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Description
Luftkühlung für die Schaufelträger mehrstufiger Verdichter Turboverdichter, insbesondere mehrstufige Verdichter, werden durch die Temperaturerhöhung der verdichteten Luft auf so hohe Temperaturen erwärmt, daß, häufig eine wirksame Kühlung der Verdichterteile, insbesondere des Läufers, erforderlich ist. Die Erfindung bezweckt eine besonders wirksame und zugleich einfache Luftkühlung solcher mehrstufiger Verdichter. Sie besteht darin, daß die Kühlluft an einer oder mehreren Zwischenstufen von. dem durch die Schaufeln geförderten Verdichterstrom abgezweigt und: zur Kühlung des Schaufelträgers, insbesondere der die Schaufeln tragenden Wand.ungen, benutzt und hierauf ins Freie abgeleitet wird. Die Erfindung ist vorzugsweise für trommelartig ausgebildete Läufer mehrstufiger Axialverdichter anwendbar, kann jedoch gegebenenfalls auch für feststehende Schaufelträger sinngemäß zur Anwendung kommen. Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß für die Förderung der Kühlluft keine zusätzlichen Einrichtungen, wie Gebläse od. dgl., erforderlich sind, da zur Förderung der Kühlluft eine oder mehrere, insbesondere die niedrigste bzw. niedrigsten Verdichterstufen des Verdichters benutzt werden.Air cooling for the blade carriers of multistage compressors, turbo compressors, Especially multi-stage compressors are compressed by the increase in temperature Air heated to such high temperatures that, often effective cooling of the compressor parts, especially of the runner. The invention has one particular purpose effective and at the same time simple air cooling of such multi-stage compressors. she consists in that the cooling air at one or more intermediate stages of. through the blades diverted the compressor flow and: for cooling the blade carrier, in particular the walls carrying the blades, and then out into the open is derived. The invention is preferably used for runners designed in the manner of a drum multi-stage axial compressors can be used, but can also be used for stationary Blade carrier can be used accordingly. The invention provides the advantage achieved that no additional facilities, such as for the promotion of the cooling air Blower or the like, are required, since one or more, in particular the lowest or lowest compression stages of the compressor are used will.
Zweckmäßig wird die Kühlluft durch Kanäle oder z. B. durch Doppelwandungen od. dgl. gebildete Hohlräume des Schaufelträgers, insbesondere Läufers, geleitet. Die Eintrittsöffnungen für die Kühlluft zu den Kühlkanälen= oder Hohlräumen befinden sich hierbei zweckmäßig im Bereich der niedersten Verdichterstufe oder -stufen,. beispielsweise in. Gestalt von Bohrungen in der die Schaufeln tragenden Wandungen des Läufers, während die- Austrittsöffnungen im Bereich der höchsten Verdichterstufe oder -stufen z. B. auf der Innenseite des Läufers angeordnet sind, so daß ein dem durch die Schaufeln geförderten Verdichterstrom paralleler Strom auf der Gegenseite der Läuferwandung entsteht Zur Verringerung des Widerstandes können die Öffnungen schräg in Stromrichtung der Kühlluft angeordnet sein. Die beispielsweise in das hohle Innere eines trommelförmigen Schaufelträgers abgeführte Kühlluft kann durch Öffnungen in den Stirnscheiben des Schaufelträgers nach außen beispielsweise zur- Einla,ßseite des Verdichters zurück weitergeleitet werden.The cooling air is expediently through channels or z. B. by double walls Od. Like. Cavities formed in the blade carrier, in particular Runner, directed. The inlet openings for the cooling air to the cooling channels = or cavities are conveniently located in the area of the lowest compressor stage or -stages,. for example, in the form of bores in the one carrying the blades Walls of the rotor, while the outlet openings in the area of the highest compressor stage or stages z. B. are arranged on the inside of the rotor, so that a dem Compressor flow conveyed by the blades parallel flow on the opposite side the rotor wall is created To reduce the resistance, the openings be arranged obliquely in the flow direction of the cooling air. For example, in the cooling air discharged through the hollow interior of a drum-shaped blade carrier Openings in the end disks of the blade carrier to the outside, for example The inlet side of the compressor.
Bei mehrteiliger Ausbildung des Schaufelträgers. beispielsweise .derart, daß der zylindrische Teil einer Verdichtertrommel aus mehreren koaxial aneinandergereihten Ringen zusammengesetzt ist, welche gegebenenfalls auf einem gemeinsamen Zentrierring aufgeschoben sind, werden die Kühlkanäle oder Hohlräume des: Schaufelträgers zweckmäßig durch. Zwischenräume zwischen den einzelnen Teilen, also beispielsweise zwischen, den Schaufelringen -und dem gemeinsamen Zentrierring gebildet. Durch entsprechende Ausbildung der Schaufelringe od. dgl. können hierbei Ringräume gebildet werden, die von der Kühlluft nacheinander durchflossen werden und gegebenenfalls derart miteinander in Verbindung stehen, daß außer einer Axialbewegung des, Kühlluftstromes zugleich eine die Kühlwirkung erhöhende Drehbewegung der-Kühlluft in den Ringräumen entsteht.With a multi-part design of the blade carrier. for example. that the cylindrical part of a compressor drum of several strung together coaxially Rings is composed, which optionally on a common centering ring are postponed, the cooling channels or cavities of the: blade carrier are expedient by. Gaps between the individual parts, for example between, the blade rings and the common centering ring. Through appropriate Formation of the blade rings or the like. Annular spaces can be formed here, through which the cooling air flows one after the other and, if necessary, such are connected to each other that apart from an axial movement of the cooling air flow at the same time a rotary movement of the cooling air in the annular spaces that increases the cooling effect arises.
Auch kann die Anordnung derart getroffen sein, daß die Kühlwirkung der Kühlluft auf den Schaufelträger im Bereich der höheren Verdichterstufen entsprechend dem höheren Kühlbedarf stärker als im Bereich der niederen Verdichterstufen ist. Durch besondere Führung der Kühlluft kann ferner, insbesondere im Bereich der. höheren Verdichterstufen, eine besonders wirksame Kühlung der Schaufelfüße vorgesehen sein, vor allem dann, wenn:die Schaufeln einzeln für sich in den. Schaufelträger eingesetzt sind.The arrangement can also be made such that the cooling effect the cooling air on the blade carrier in the area of the higher compressor stages accordingly the higher cooling demand is stronger than in the area of the lower compressor stages. By special guidance of the cooling air can also, especially in the area of. higher Compressor stages, a particularly effective cooling of the blade roots can be provided, especially when: the shovels individually in the. Blade carrier used are.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt; und zwar zeigt Abb. i einen Längsschnitt durch den äußeren Teil eines trommelförmigen Läufers für ein mehrstufiges Axialgebläse - mit eingesetzten Schaufelringen, Abb. 2 eine gegenüber Abb. i etwas abgeänderte Ausführungsform ,der Schaufelringe, Abb. 3 einen. Schnitt nach. Linie A-B nach Abb. 2 und Abb. q; eine weitere Ausführungsform mit einzeln eingesetzten Schaufeln.Some exemplary embodiments of the invention are shown schematically in the drawing shown; namely Fig. i shows a longitudinal section through the outer part of a drum-shaped rotor for a multi-stage axial fan - with inserted blade rings, Fig. 2 shows a slightly modified embodiment compared to Fig. I, the blade rings, Fig. 3 a. Cut after. Line A-B according to Fig. 2 and Fig. Q; another embodiment with individually inserted blades.
In Abb. i sind i und 2 die Endscheiben eines Verdiebterläufers, welche durch einen Zentrierring 3' und durch Schrauben 4, , 5 miteinander verbunden sind.. Auf den. Zentrierring 3: sind einzelne Ringe 6; 7, 8; 9, ioi axial, nebeneinander aufgeschoben, wobei die Ringe 7 und 9 sowie ferner die Endscheiben i und 2 jeweils umlaufende Verdichterschaufeln i i aufweisen., zwischen denen feststehende öder umlaufende Leitschaufeln 12 angeordnet sind.In Fig. I, i and 2 are the end disks of a displacement rotor, which are connected to one another by a centering ring 3 ' and screws 4,, 5 .. On the. Centering ring 3: are individual rings 6; 7, 8; 9, axially pushed on next to one another, the rings 7 and 9 and also the end disks i and 2 each having rotating compressor blades ii, between which stationary or rotating guide blades 12 are arranged.
Die Schaufelringe 6, 7, 8, 9 und 1o, besitzen nach innen offenen, U-förmigen Querschnitt, derart, daß sie mit den inneren Kanten auf dem Zentrierring 3; aufsitzen und mit ihren Flanschen gegeneinander bzw. gegen die Endscheiben i und 2, dicht anliegen, während innerhalb des U-förmigen Profils zwischen diesem und dem Zentrierring 3 ringförmige Hohlräume oder Kammern 1@3 gebildet werden. Durch Bohrungen 14 in den Flanschen der Ringe stehen die einzelnen: Kammern miteinander in Verbindung. Des weiteren ist der Ring 6 mit auf den Umfang verteilten Öffnungen i@5 versehen, so daß von. dem in Pfeilrichtung x durch die Schaufeln fließenden Verdichterstrom in der ersten Stufe des Verdichters, also hinter dem Schaufelkranz i i der Verdichterscheibe i ein Teil der Luft abgezweigt und durch die Öffnung 15 als Kühlluft den Hohlräumen 13 zugeleitet wird'. Diese teilverdichtete und noch verhältnismäßig kühle Luft strömt hierbei etwa parallel zum Verdichterstrom in der Zeichnung von links nach rechts entsprechend dem Linienverlauf y über die Querbohrungen 1.4 und durch die einzelnen Ringkammern 13 und wird. aus der letzten Ringkammer durch eine Öffnung 16 in das Innere der Läufertrommel abgeleitet. Von dort kann die Kühlluft durch Bohrungen 17 in der Stirnscheibe i der Trommel zu der Eintrittsseite des Verdichters entsprechend dem Pfeil z zu zurückströmen, wo sich die erwärmte Kühlluft wieder mit der kalten, bei x zuströmenden Luft mischt. Diese Kreisströmung wird. hierbei durch das Druckgefälle zwischen den Punkten C und D beiderseits des ersten Verdichterschaufelkranzes i i aufrechterhalten.The blade rings 6, 7 , 8, 9 and 1o have inwardly open, U-shaped cross-section, such that they with the inner edges on the centering ring 3; sit tightly with their flanges against each other or against the end plates i and 2, while within the U-shaped profile between this and the centering ring 3 annular cavities or chambers 1 @ 3 are formed. The individual chambers are connected to one another through holes 14 in the flanges of the rings. Furthermore, the ring 6 is provided with openings i @ 5 distributed around the circumference, so that of. the compressor flow flowing through the blades in the direction of arrow x in the first stage of the compressor, that is, behind the blade ring ii of the compressor disk i, part of the air is branched off and fed through the opening 15 as cooling air to the cavities 13 '. This partially compressed and still relatively cool air flows here approximately parallel to the compressor flow in the drawing from left to right according to the course of the line y over the transverse bores 1.4 and through the individual annular chambers 13 and is. derived from the last annular chamber through an opening 16 into the interior of the rotor drum. From there the cooling air can flow back through holes 17 in the end plate i of the drum to the inlet side of the compressor according to the arrow z, where the heated cooling air mixes again with the cold air flowing in at x. This circular flow is. maintained by the pressure gradient between points C and D on both sides of the first compressor blade ring ii.
Die Bohrungen 1q, zwischen den. einzelnen Kammern 13, können zur Verlängerung des Kühlluftweges gegeneinander versetzt oder unter einem Winkel (von beispielsweise etwa 45;°) gegen die Achse der Läufertrommel geneigt sein. Dadurch wird der Luft ein Drall erteilt, so daß sie in. den einzelnen ringförmigen Kühlkammern außer der Vorwärtsbewegung noch eine Drehbewegung ausführt. Statt der Bohrungen v5, im Ring 6 oder zusätzlich zu diesen können weitere Bohrungen in den übrigen Schaufelringen beispielsweise im Ring 8 angeordnet sein, so daß die Kühlluft ganz oder teilweise mit höherem Druck ins die Kühlkanäle bzw. Kühlräume eintritt Bei einer Einführung der Kühlluft, beispielsweise durch den Ring 8, könnte die Luft gegebenenfalls so geführt werden, daß sie teilweise nach vorn und teilweise nach hinten durch die anschließenden Schaufelringe strömt.The holes 1q, between the. individual chambers 13, can be extended of the cooling air path offset from one another or at an angle (of for example about 45; °) be inclined to the axis of the rotor drum. This creates the air a twist granted so that they in. The individual annular cooling chambers except the Forward movement still executes a rotary movement. Instead of the holes v5, in the ring 6 or in addition to these, further bores can be made in the remaining blade rings be arranged for example in the ring 8, so that the cooling air wholly or partially enters the cooling ducts or cooling chambers with higher pressure the cooling air, for example through the ring 8, the air could optionally so be guided that they are partially forward and partially backward through the subsequent blade rings flows.
Zur Erleichterung es Ein- und Ausströmens der insbesondere rotierenden Luft können die Bohrungen 15 und 16 unter einem bestimmten Winkel zum Halbmesser, also nicht radial, gebohrt sein. Auch können die Bohrungen schräg zur Drehachse des Zylinders angeordnet sein.To facilitate the inflow and outflow of the particular rotating Air can the holes 15 and 16 at a certain angle be drilled to the radius, i.e. not radially. The holes can also be inclined be arranged to the axis of rotation of the cylinder.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 und 3 sind die Kühlkammern 13 durch in die Flansche oder Rippen der Schaufelringe 18 eingefräste Nuten: ig miteinander verbunden. Die Nuten können hierbei, wie Abb. 3, andeutet, spiralförmig angeordnet sein, um der Luft in den. Kammern 13 in der vorstehend beschriebenen. Weise eine Drehbewegung um die Läuferachse zu erteilen..In the embodiment of Fig. 2 and 3, the cooling chambers 13 through grooves milled into the flanges or ribs of the blade rings 18: ig connected with each other. As shown in Fig. 3, the grooves can be spiral-shaped be arranged to the air in the. Chambers 13 in that described above. Way to give a rotary movement around the rotor axis ..
Um die Nuten ig (bzw. in entsprechender Weise die Bohrungen 14 der Abb. i) sowie die Schaufeln des Gebläses in einer vorgeschriebenen Lage zueinanderzuhalten, ist eine Sicherung der Ringe 18 auf dem Zentrierring 3 in Umfangsrichtung durch eine in eine Längsnut eingelegte Paßfeder 2o vorgesehen.To the grooves ig (or in a corresponding manner the bores 14 of the Fig. I) and to keep the blades of the fan in a prescribed position to each other, is a backup of the rings 18 on the centering ring 3 in the circumferential direction a feather key 2o inserted into a longitudinal groove is provided.
Eine besonders wirksame Kühlung, insbesondere für eingesetzte Schaufeln, zeigt die Anordnung nach Abb. 4. Die Schaufeln 2.1 sind in diesem Falle mittels ihres im wesentlichen I-förmig ausgebildeten Schaufelfußes zwischen den. beiden Ringen 23, und: 24; eingesetzt, von denen sie durch entsprechende Gestaltung des Schaufelfußes infolge ihrer axialen Verspannung gehalten werden. Zwischen dem Schaufelfuß 22@ und den. Ringteilen 23 und. 24 . werden ringförmige Kammern. z5 und 26 gebildet, die untereinander durch eine Bohrung 27 im Schaufelfuß in Verbindung stehen. Schrägbohrungen. 2!8 und 29 verbinden des weiteren die Kammern 25: und 26 mit den Ringkammern 113 in den zwischen: den Ringteilen. z,3, 24. und dem Zentrierring 3, gebildeten ringförmigen; Hohlräumen 13. Die Bohrungen 2& und 29 sowie 27 können hierbei derart schräg in Umfangsrichtung verlaufen, daß in den Ringkammern 25, und 26 wiederum eine Drehbewegung der Luft, beispielsweise in entgegengesetzten Richtungen, bewirkt sind. Durch eine solche Luftführung, welche beispielsweise in Pfeilrichtung erfolgen kann, wird eine besonders wirksame Kühlung des am höchsten beanspruchten Teiles des Schaufelfußes unmittelbar unterhalb der Schaufeln .2;i erzielt.A particularly effective cooling, especially for blades that are used, shows the arrangement according to Fig. 4. The blades 2.1 are in this case by means of their substantially I-shaped blade root between the. both Rings 23, and: 24; used, of which they can be determined by appropriate design of the Blade root are held due to their axial bracing. Between the blade root 22 @ and the. Ring parts 23 and. 24 become annular chambers. z5 and 26 formed, which are connected to one another through a bore 27 in the blade root. Inclined holes. 2! 8 and 29 further connect the chambers 25: and 26 to the annular chambers 113 in the between: the ring parts. z, 3, 24. and the centering ring 3, formed annular; Cavities 13. The bores 2 & and 29 and 27 can be so inclined extend in the circumferential direction that in the annular chambers 25 and 26 in turn a rotary movement the air, for example in opposite directions. By a such air guidance, which can take place, for example, in the direction of the arrow, is a particularly effective cooling of the most heavily stressed part of the blade root immediately below the blades .2; i achieved.
Ferner sind bei der dargestellten Ausführungsform nach Abb. 4. auf dem Umfang verteilte weitere Kanäle 3o angeordnet, welche die Hohlräume 13: im wesentlichen unter Umgehung des Schaufelfußes, jedenfalls der heißesten Teile desselben, miteinander verbinden. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, daß ein, Teil der Kühlluft beim Überströmen aus der linken Kammer 13 in die rechte Kammer 13 weniger stark erwärmt wird, so daß die sich in der rechten Kammer 13 sammelnde Kühlluft noch ein genügend tiefes Temperaturniveau besitzt, um eine weitere wirksame Kühlung der nachfolgenden Teile des Schaufelträgers bz:w. der weiteren Schaufeln zu ermöglichen. Eine derartige, den Kanälen 3o entsprechende Kühlluftführung wird daher zweckmäßig im Bereich der niederen Verdichterstufen vorgesehen, während. im Bereich der höheren bzw. der höchsten Verdichterstufen die gesamte Kühlluft zur unmittelbaren Kühlung der Verdichterschaufeln bzw. der Schaufelfüße herangezogen werden kann. Auch kann gegebenenfalls in den unteren Verdichterstufen die besondere Kühlung der Schaufelfüße über die Kammern 26, 25 bzw. die Bohrungen 2;8, 27, 29 ganz in Fortfall kommen.Furthermore, in the illustrated embodiment according to FIG. 4, further channels 3o distributed around the circumference are arranged which connect the cavities 13 to one another, essentially bypassing the blade root, at least the hottest parts thereof. This gives the possibility that part of the cooling air is less heated when it flows over from the left chamber 13 into the right chamber 13, so that the cooling air collecting in the right chamber 13 still has a sufficiently low temperature level to allow another effective cooling of the following parts of the blade carrier or: w. to allow further blades. Such a cooling air duct corresponding to the channels 3o is therefore expediently provided in the area of the lower compressor stages while. In the area of the higher or the highest compressor stages, the entire cooling air can be used for direct cooling of the compressor blades or the blade roots. The special cooling of the blade roots via the chambers 26, 25 or the bores 2; 8, 27, 29 can also be completely omitted in the lower compressor stages.
Im übrigen gilt für die Ausführungsformen nach Abb. 2 bis 4 grundsätzlich das Gleiche. wie für die Ausführungsform nach Abb. i. Auch können die einzelnen Ausführungen der verschiedenen Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise miteinander vereinigt werden, beispielsweise derart, daß im Bereich der niederen Verdichterstufen eine Kühlung nach Abb. i, im Bereich der höheren Verdichterstufen eine Kühlung nach Abb. a., gegebenenfalls. auch ohne,die Kühlkanäle 30, vorgesehen wird. Auch kann. die Kühlluft derart geführt Nverden., daß sie im wesentlichen zunächst die heißeren Teile des Schaufelträgers (insbesondere Läufers) und erst hierauf die weniger heißen Teile desselben kühlt. Auch kann die Kühlung gegebenenfalls in getrennte Kühlkreisläufe, z. B. einen Kühlkreislauf für die niederen Verdichterstufen und einen weiteren Kühlkreislauf für die höheren Verdichterstufen, aufgeteilt sein.Otherwise, the following applies in principle to the embodiments according to FIGS. 2 to 4 the same. as for the embodiment according to Fig. i. Also can the individual Versions of the various exemplary embodiments with one another in any way are combined, for example in such a way that in the area of the lower compressor stages cooling according to Fig. i, in the area of the higher compressor stages cooling after Fig.a., If applicable. even without the cooling channels 30, is provided. Also can. the cooling air is guided in such a way that it is essentially the hotter air first Parts of the blade carrier (especially the rotor) and only then the less hot ones Parts of it cools. If necessary, the cooling can also be carried out in separate cooling circuits, z. B. a cooling circuit for the lower compressor stages and another cooling circuit for the higher compressor stages.
Claims (3)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DED1516D DE865773C (en) | 1941-09-10 | 1941-09-10 | Air cooling for the blade carrier of multi-stage compressors |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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