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Dokumentenidentifikation DE60218959T2 29.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001312807
Titel Rotorschaufel für Kreiselverdichter
Anmelder Nuovo Pignone Holding S.p.A., Florence, IT
Erfinder Rossi, Eugenio, 55049 Viareggio, Lucca, IT
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Aktenzeichen 60218959
Vertragsstaaten DE, FR, GB, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 14.11.2002
EP-Aktenzeichen 022578488
EP-Offenlegungsdatum 21.05.2003
EP date of grant 21.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse F04D 29/30(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F04D 29/28(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotorlaufschaufel für einen Kreiselverdichter mit einem mittelhohen Strömungskoeffizienten, wie sie beispielsweise in der FR 933 259 beschrieben ist.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine zylindrische Laufschaufel für einen Zentrifugal- bzw. Kreiselrotor eines mehrstufigen Verdichters mit einem mittelhohen Strömungskoeffizienten.

Auf dem Gebiet der Kreiselverdichter ist der Strömungskoeffizient als &PHgr; = (4·q)/(&pgr;·d2·u'') definiert, worin:

q der Volumendurchfluss ist;

d der Außendurchmesser des Rotors ist;

u'' die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors ist.

Dieser dimensionslose Koeffizient kann dazu verwendet werden, die Betriebscharakteristika des Verdichters zu definieren, und kann eingesetzt werden, um die unterschiedlichen Verdichterbauarten in der Entwicklungsstufe zu klassifizieren.

Verdichter sind folglich dazu eingerichtet, entsprechend den Anwendungen, für die sie bestimmt sind, unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten zu bewältigen, in anderen Worten bei unterschiedlichen Werten des Strömungskoeffizienten zu arbeiten.

Somit sind beispielsweise Verdichter mit einem mittleren Strömungskoeffizienten als diejenigen definiert, bei denen &PHgr; Werte in der Nähe von 0,04 aufweist, während Verdichter mit einem mittelhohen Strömungskoeffizienten als diejenigen definiert sind, für die &PHgr; ungefähr 0,06 beträgt.

Jedoch betrifft eine der für sämtliche Verdichter gemeinsamen Hauptanforderungen den hohen aerodynamischen Wirkungsgrad, der in den meisten der Stufen erreicht werden muss.

Die geometrische Konfiguration der Laufschaufelung beeinflusst wesentlich den aerodynamischen Wirkungsgrad aufgrund der Tatsache, dass die geometrischen Eigenschaften der Laufschaufel die Verteilung der relativen Geschwindigkeiten des Fluids entlang des Rotors bestimmen und somit die Verteilung der Grenzschichten entlang der Wände sowie bei der endgültigen Analyse die Reibverluste beeinflussen.

Der aerodynamische Wirkungsgrad ist für Rotoren, die mit Stufen ausgeführt sind, die zweidimensionale Laufschaufeln aufweisen, in anderen Worten rein radiale Rotoren, bei denen die Laufschaufeln flach oder zylindrisch mit zu der Drehachse parallelen Erzeugenden ausgebildet sind, besonders entscheidend.

Konventionell weisen die in dieser Rotorbauart eingesetzten Laufschaufeln aus Gründen der Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung eine verhältnismäßig einfache Geometrie auf, bei der die Mittellinie des Abschnitts aus einem Bogen eines Umfangs besteht und die Dicke entlang der Laufschaufel konstant ist, abgesehen von dem Bereich der vorderen Kante, der durch eine halbrunde Kehle oder einen halbkreisförmigen Übergang oder in Einzelfällen durch eine Reduktion der Dicke gebildet ist.

Obwohl zweidimensionale Laufschaufeln mittels verhältnismäßig einfacher maschineller Bearbeitungsprozesse hergestellt werden und folglich weit verbreitet sind, lässt ihre Geometrie es nicht zu, einen hohen aerodynamischen Wirkungsgrad des Rotors zu erreichen.

Die vorliegende Erfindung strebt deshalb an, eine Laufschaufel zu schaffen, die durch eine einfache Konfiguration die Erreichung eines hohen aerodynamischen Wirkungsgrads ermöglicht.

Die vorliegende Erfindung sucht auch danach, eine Laufschaufel zu schaffen, die in wirtschaftlicher Weise in großem Umfang mittels automatisierter Prozesse hergestellt werden kann.

Gemäß der Erfindung ist eine zylindrische Laufschaufel für einen Rotor der rein radialen Bauart eines Kreiselverdichters mit einem mittelhohen Strömungskoeffizienten geschaffen, wobei die Laufschaufel zwischen einer Scheibe und einer Gegenscheibe positioniert ist, wodurch der Rotor gebildet ist, und eine erste Fläche der Druckseite sowie eine zweite Fläche der Saugseite aufweist, die die gleiche Krümmung aufweisen, wobei beide zu der Drehachse (Z) des Rotors parallele Erzeugende aufweisen, wobei die Krümmungslinien der Flächen in der Richtung der Achse (Z) durch einen ersten Abschnitt der Laufschaufel, der mit der Gegenscheibe in Kontakt steht, und durch einen zweiten Abschnitt der Laufschaufel, der mit der Scheibe in Kontakt steht, definiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem rechtshändigen kartesischen Referenzsystem (Y, X, Z), das eine Ordinatenachse (X) und eine Abszissenachse (Y) aufweist, wobei die Ebene (Y, X) mit dem zweiten Kontaktabschnitt zusammenfällt und wobei die Achse (Z) mit der Drehachse des Rotors zusammenfällt und in Richtung zu dem Innenraum der Maschine hin ausgerichtet ist, der Schnitt jeder der Flächen mit dem Abschnitt zwei gekrümmte Linien, nämlich eine erste Randlinie der Druckseite und eine zweite Randlinie der Saugseite, definiert, die durch eine diskrete Menge von Punkten bestimmt sind, die zu den Linien gehören und deren Koordinaten (y, x, z) in Bezug auf die drei Achsen (Y, X, Z) in Abhängigkeit von dem Außenradius (R) des Rotors (20) als die Verhältnisse y/R, x/R und z/R ausgedrückt sind, wobei die Koordinaten (y, x, z) der Punkte innerhalb eines Bereichs von ±0,600 mm variabel sind, wobei die Linie (6) durch die folgenden Verhältnisse definiert ist:

x/R = 0.513; y/R = –0.348; z/R = –0.153;

x/R = 0.527; y/R = –0.347; z/R = –0.152;

x/R = 0.539; y/R = –0.343; z/R = –0.151;

x/R = 0.551; y/R = –0.338; z/R = –0.150;

x/R = 0.563; y/R = –0.332; z/R = –0.149;

x/R = 0.574; y/R = –0.327; z/R = –0.149;

x/R = 0.585; y/R = –0.321; z/R = –0.148;

x/R = 0.597; y/R = –0.313; z/R = –0.147;

x/R = 0.608; y/R = –0.308; z/R = –0.147;

x/R = 0.619; y/R = –0.301; z/R = –0.146;

x/R = 0.630; y/R = –0.294; z/R = –0.145;

x/R = 0.640; y/R = –0.287; z/R = –0.144;

x/R = 0.651; y/R = –0.281; z/R = –0.144;

x/R = 0.662; y/R = –0.274; z/R = –0.143;

x/R = 0.673; y/R = –0.267; z/R = –0.142;

x/R = 0.684; y/R = –0.259; z/R = –0.141;

x/R = 0.694; y/R = –0.252; z/R = –0.140;

x/R = 0.705; y/R = –0.245; z/R = –0.140;

x/R = 0.715; y/R = –0.238; z/R = –0.139;

x/R = 0.726; y/R = –0.230; z/R = –0.138;

x/R = 0.736; y/R = –0.223; z/R = –0.137;

x/R = 0.747; y/R = –0.215; z/R = –0.136;

x/R = 0.757; y/R = –0.202; z/R = –0.135;

x/R = 0.767; y/R = –0.200; z/R = –0.135;

x/R = 0.778; y/R = –0.2192; z/R = –0.134;

x/R = 0.788; y/R = –0.185; z/R = –0.133;

x/R = 0.798; y/R = –0.177; z/R = –0.132;

x/R = 0.808; y/R = –0.169; z/R = –0.131;

x/R = 0.818; y/R = –0.161; z/R = –0.130;

x/R = 0.828; y/R = –0.153; z/R = –0.129;

x/R = 0.839; y/R = –0.146; z/R = –0.128;

x/R = 0.849; y/R = –0.138; z/R = –0.127;

x/R = 0.859; y/R = –0.130; z/R = –0.127;

x/R = 0.869; y/R = –0.122; z/R = –0.126;

x/R = 0.878; y/R = –0.114; z/R = –0.125;

x/R = 0.888; y/R = –0.105; z/R = –0.124;

x/R = 0.898; y/R = –0.097; z/R = –0.123;

x/R = 0.908; y/R = –0.089; z/R = –0.122;

x/R = 0.918; y/R = –0.081; z/R = –0.121;

x/R = 0.928; y/R = –0.073; z/R = –0.120;

x/R = 0.938; y/R = –0.065; z/R = –0.119;

x/R = 0.948; y/R = –0.057; z/R = –0.118;

x/R = 0.957; y/R = –0.049; z/R = –0.117;

x/R = 0.967; y/R = –0.040; z/R = –0.116;

x/R = 0.977; y/R = –0.032; z/R = –0.115;

x/R = 0.987; y/R = –0.024; z/R = –0.114;

x/R = 0.997; y/R = –0.016; z/R = –0.113;

x/R = 1.006; y/R = –0.008; z/R = –0.113;

wobei die Linie 8 durch die folgenden Verhältnisse definiert ist:

x/R = 0.513; y/R = –0.348; z/R = –0.153;

x/R = 0.522; y/R = –0.338; z/R = –0.153;

x/R = 0.532; y/R = –0.330; z/R = –0.152;

x/R = 0.543; y/R = –0.323; z/R = –0.152;

x/R = 0.554; y/R = –0.316; z/R = –0.151;

x/R = 0.565; y/R = –0.310; z/R = –0.150;

x/R = 0.575; y/R = –0.303; z/R = –0.150;

x/R = 0.586; y/R = –0.297; z/R = –0.149;

x/R = 0.597; y/R = –0.290; z/R = –0.148;

x/R = 0.608; y/R = –0.284; z/R = –0.148;

x/R = 0.619; y/R = –0.277; z/R = –0.147;

x/R = 0.630; y/R = –0.271; z/R = –0.146;

x/R = 0.641; y/R = –0.264; z/R = –0.145;

x/R = 0.651; y/R = –0.257; z/R = –0.144;

x/R = 0.662; y/R = –0.250; z/R = –0.144;

x/R = 0.672; y/R = –0.243; z/R = –0.143;

x/R = 0.683; y/R = –0.236; z/R = –0.142;

x/R = 0.693; y/R = –0.228; z/R = –0.141;

x/R = 0.704; y/R = –0.221; z/R = –0.140;

x/R = 0.714; y/R = –0.214; z/R = –0.140;

x/R = 0.725; y/R = –0.207; z/R = –0.139;

x/R = 0.735; y/R = –0.199; z/R = –0.138;

x/R = 0.745; y/R = –0.192; z/R = –0.137;

x/R = 0.755; y/R = –0.184; z/R = –0.136;

x/R = 0.766; y/R = –0.176; z/R = –0.135;

x/R = 0.776; y/R = –0.169; z/R = –0.135;

x/R = 0.786; y/R = –0.161; z/R = –0.134;

x/R = 0.796; y/R = –0.153; z/R = –0.133;

x/R = 0.806; y/R = –0.146; z/R = –0.132;

x/R = 0.816; y/R = –0.138; z/R = –0.131;

x/R = 0.826; y/R = –0.130; z/R = –0.130;

x/R = 0.836; y/R = –0.122; z/R = –0.129;

x/R = 0.846; y/R = –0.114; z/R = –0.128;

x/R = 0.856; y/R = –0.106; z/R = –0.127;

x/R = 0.866; y/R = –0.098; z/R = –0.121;

x/R = 0.876; y/R = –0.090; z/R = –0.125;

x/R = 0.886; y/R = –0.082; z/R = –0.124;

x/R = 0.896; y/R = –0.074; z/R = –0.123;

x/R = 0.905; y/R = –0.066; z/R = –0.122;

x/R = 0.915; y/R = –0.058; z/R = –0.121;

x/R = 0.925; y/R = –0.050; z/R = –0.120;

x/R = 0.935; y/R = –0.041; z/R = –0.119;

x/R = 0.945; y/R = –0.033; z/R = –0.118;

x/R = 0.954; y/R = –0.025; z/R = –0.117;

x/R = 0.964; y/R = –0.017; z/R = –0.116;

x/R = 0.974; y/R = –0.009; z/R = –0.115;

x/R = 0.984; y/R = –0.001; z/R = –0.114;

x/R = 0.994; y/R = –0.008; z/R = –0.113.

Die Erfindung ist nachstehend in größeren Einzelheiten zu Beispielszwecken mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:

1 eine Vorderansicht eines Rotors, der Laufschaufeln gemäß der Erfindung aufweist, teilweise im Querschnitt;

2 eine im Teilschnitt dargestellte Ansicht des Rotors, geschnitten durch die Linie II-II in 1;

3 eine schematisierte axonometrische Darstellung einer Laufschaufel gemäß der Erfindung;

4 das Profil der Laufschaufel nach 3.

Unter Bezugnahme auf 1 und 2 weist ein zu einem Kreiselverdichter mit einem mittelhohen Strömungskoeffizienten gehörender Rotor 20 der rein radialen Bauart mit einem Außenradius R mehrere zylindrische Laufschaufeln 1 auf, die zwischen einer Scheibe 21 und einer Gegenscheibe 22 positioniert sind.

Die Laufschaufeln 1 sind durch ein bewährtes Verfahren einstückig mit der Scheibe 21 und/oder der Gegenscheibe 22 hergestellt oder an der Scheibe 21 angebracht.

Jede Laufschaufel 1 weist eine erste Fläche 3 der Druckseite, die in Bezug auf die Drehrichtung des Rotors, wie sie durch den Pfeil F in 1 angezeigt ist, nach vorne weist sowie eine zweite Fläche 5 der Saugseite auf, die der ersten Fläche gegenüberliegt bzw. zu dieser entgegengesetzt gerichtet ist.

Die Flächen 3 und 5 sind zylindrisch und sind im Wesentlichen mit gleicher Krümmung sowie mit Erzeugenden hergestellt, die parallel zu der Drehachse Z des Rotors 20 ausgerichtet sind.

Die beiden Flächen 3 und 5 sind an einem Ende über eine vordere Kante 4 miteinander verbunden, die an dem Saugeinlass des Rotors angeordnet ist, der durch eine Verjüngung der Dicke der Laufschaufel 1 gebildet ist.

An dem Auslassende des Rotors enden die vorerwähnten Flächen 3 und 5 in einer Querkante 2 bündig mit dem Außenumfang der Scheibe 21 und der Gegenscheibe 22.

Wie deutlicher in den 3 und 4 veranschaulicht, weist die Laufschaufel 1 an ihrer Verbindung mit der Scheibe 21 einen ersten Abschnitt 9 auf, der flach ist und auf einer Ebene Y, X eines rechtshändigen kartesischen Systems liegt, das eine Abszissenachse Y, eine Ordinatenachse X und eine Achse Z aufweist, die mit der Drehachse des Rotors zusammenfällt und zu dem Innenraum der Maschine hin orientiert ist.

Der Ursprung 0 dieses Referenzsystems liegt an dem Schnittpunkt der Ebene Y, X, in der der Verbindungsabschnitt 9 liegt, mit der Drehachse des Rotors.

Die Laufschaufel 1 ist mit der Gegenscheibe 22 an einem zweiten Abschnitt 7 verbunden, der gemäß der bekannten Technik in der Nähe der Vorderkante 4 in einer derartigen Weise gekrümmt ist, dass er der Krümmung der Gegenscheibe 22 an dem Einlass des Rotors folgt.

Da die Laufschaufel 1, wie vorstehend angegeben, von der zylindrischen Bauart ist, stimmen die Projektionen der Abschnitte 7 und 9 auf die Ebene Y, X im Wesentlichen miteinander überein.

Das Profil der Laufschaufel 1 und demgemäß ihre Krümmung sind folglich durch die Verschneidung der Flächen 3 und 5 mit der Ebene Y, X gekennzeichnet.

Für eine vollständige Definition der Krümmung der Laufschaufel 1 ist es jedoch erforderlich, auch die Krümmung des Abschnitts 7 in der Nähe der Vorderkante 4 der Laufschaufel sowie in der Richtung des Einlasses des Rotors zu bezeichnen.

Deshalb ist, wenn dieser Abschnitt 7 in dem dreidimensionalen Raum mittels des vorerwähnten kartesischen Referenzsystems Y, X, Z identifiziert worden ist, die Laufschaufel 1 definiert.

Insbesondere bildet die Verschneidung der Flächen 3 und 5 mit dem Abschnitt 7 zwei gekrümmte Linien, nämlich eine erste Randlinie 6 auf der Druckseite sowie eine zweite Randlinie 8 auf der Saugseite, die durch eine diskrete Menge von Punkten 10 bestimmt sind, die zu diesen gehören und deren Koordinaten x, y, z in Bezug auf die drei Achsen Y, X, Z in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem Außenradius R des Rotors 20 ausgedrückt werden.

In entsprechender Weise bildet die Verschneidung der Flächen 3 und 5 mit dem Abschnitt 9 zwei gekrümmte Linien, nämlich eine dritte Randlinie 6' auf der Druckseite und eine vierte Randlinie 8' auf der Saugseite.

Da die Laufschaufel 1 zylindrisch ist und da das kartesische Referenzsystem Y, X, Z festgesetzt worden ist, sind die Randlinien 6' und 8' durch die gleichen x- und y-Koordinaten wie diejenigen der entsprechenden Linien 6 und 8 definiert, während sie eine z-Koordinate von 0 für sämtliche auf ihnen liegenden Punkte aufweisen.

Die Flächen 3 und 5 und im Wesentlichen die Laufschaufel 1 können mittels automatisierter Maschinen, beispielsweise solche numerisch gesteuerter Bauart oder dergleichen, in geeigneter Weise ausgebildet werden.

Gemäß den Betriebsbedingungen, für die sie vorgesehen sind, kann der Rotor 20 und können demgemäß die Laufschaufeln 1 auch in unterschiedlichen Größen hergestellt werden.

Gemäß dem allgemein bekannten Ähnlichkeitsgesetz sind die charakteristischen Eigenschaften eines Rotors innerhalb bestimmter Grenzen im Wesentlichen von der Krümmung der Laufschaufeln abhängig und deshalb, als erste Näherung, für ähnliche Rotoren gleich.

Durch Anwendung des Ähnlichkeitsgesetztes ist es möglich, die absoluten Dimensionen der Laufschaufel außer Acht zu lassen und ihre Geometrie beispielsweise mittels der Verhältnisse x/R, y/R und z/R der Koordinaten der Punkte 10 bezogen auf den Wert des Außenradius R des Rotors zu definieren.

Es ist ferner festgestellt worden, dass die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad nur geringfügig mit der Veränderung der Krümmungen der Flächen 3 und 5 und folglich der Linien 6, 6', 8, 8' variiert, wenn diese innerhalb einer Variationsbreite der Koordinaten y, x, z der Punkte 10 von ±0,600 mm gehalten werden.

Die Linien 6 und 8 der Laufschaufel 1 gemäß der Erfindung, die in jedem Fall als Funktion des Außenradius R des Rotors, in der Form der Verhältnisse y/R, x/R, z/R zwischen den Werten der Koordinaten jedes Punktes 10 und dem Wert des Radius R ausgedrückt sind, sind durch die folgenden Werte für die Linie 6 definiert:

x/R = 0.513; y/R = –0.348; z/R = –0.153;

x/R = 0.527; y/R = –0.347; z/R = –0.152;

x/R = 0.539; y/R = –0.343; z/R = –0.151;

x/R = 0.551; y/R = –0.338; z/R = –0.150;

x/R = 0.563; y/R = –0.332; z/R = –0.149;

x/R = 0.574; y/R = –0.327; z/R = –0.149;

x/R = 0.585; y/R = –0.321; z/R = –0.148;

x/R = 0.597; y/R = –0.313; z/R = –0.147;

x/R = 0.608; y/R = –0.308; z/R = –0.147;

x/R = 0.608; y/R = –0.308; z/R = –0.147;

x/R = 0.619; y/R = –0.301; z/R = –0.146;

x/R = 0.630; y/R = –0.294; z/R = –0.145;

x/R = 0.640; y/R = –0.287; z/R = –0.144;

x/R = 0.651; y/R = –0.281; z/R = –0.144;

x/R = 0.662; y/R = –0.274; z/R = –0.143;

x/R = 0.673; y/R = –0.267; z/R = –0.142;

x/R = 0.684; y/R = –0.259; z/R = –0.141;

x/R = 0.694; y/R = –0.252; z/R = –0.140;

x/R = 0.705; y/R = –0.245; z/R = –0.140;

x/R = 0.715; y/R = –0.238; z/R = –0.139;

x/R = 0.726; y/R = –0.230; z/R = –0.138;

x/R = 0.736; y/R = –0.223; z/R = –0.137;

x/R = 0.747; y/R = –0.215; z/R = –0.136;

x/R = 0.757; y/R = –0.202; z/R = –0.135;

x/R = 0.767; y/R = –0.200; z/R = –0.135;

x/R = 0.778; y/R = –0.2192; z/R = –0.134;

x/R = 0.788; y/R = –0.185; z/R = –0.133;

x/R = 0.798; y/R = –0.177; z/R = –0.132;

x/R = 0.808; y/R = –0.169; z/R = –0.131;

x/R = 0.818; y/R = –0.161; z/R = –0.130;

x/R = 0.828; y/R = –0.153; z/R = –0.129;

x/R = 0.839; y/R = –0.146; z/R = –0.128;

x/R = 0.849; y/R = –0.138; z/R = –0.127;

x/R = 0.859; y/R = –0.130; z/R = –0.127;

x/R = 0.869; y/R = –0.122; z/R = –0.126;

x/R = 0.878; y/R = –0.114; z/R = –0.125;

x/R = 0.888; y/R = –0.105; z/R = –0.124;

x/R = 0.898; y/R = –0.097; z/R = –0.123;

x/R = 0.908; y/R = –0.089; z/R = –0.122;

x/R = 0.918; y/R = –0.081; z/R = –0.121;

x/R = 0.928; y/R = –0.073; z/R = –0.120;

x/R = 0.938; y/R = –0.065; z/R = –0.119;

x/R = 0.948; y/R = –0.057; z/R = –0.118;

x/R = 0.957; y/R = –0.049; z/R = –0.117;

x/R = 0.967; y/R = –0.040; z/R = –0.116;

x/R = 0.977; y/R = –0.032; z/R = –0.115;

x/R = 0.987; y/R = –0.024; z/R = –0.114;

x/R = 0.997; y/R = –0.016; z/R = –0.113;

x/R = 1.006; y/R = –0.008; z/R = –0.113;

und für die Linie 8:

x/R = 0.513; y/R = –0.348; z/R = –0.153;

x/R = 0.522; y/R = –0.338; z/R = –0.153;

x/R = 0.532; y/R = –0.330; z/R = –0.152;

x/R = 0.543; y/R = –0.323; z/R = –0.152;

x/R = 0.554; y/R = –0.316; z/R = –0.151;

x/R = 0.565; y/R = –0.310; z/R = –0.150;

x/R = 0.575; y/R = –0.303; z/R = –0.150;

x/R = 0.586; y/R = –0.297; z/R = –0.149;

x/R = 0.597; y/R = –0.290; z/R = –0.148;

x/R = 0.608; y/R = –0.284; z/R = –0.148;

x/R = 0.619; y/R = –0.277; z/R = –0.147;

x/R = 0.630; y/R = –0.271; z/R = –0.146;

x/R = 0.641; y/R = –0.264; z/R = –0.145;

x/R = 0.651; y/R = –0.257; z/R = –0.144;

x/R = 0.662; y/R = –0.250; z/R = –0.144;

x/R = 0.672; y/R = –0.243; z/R = –0.143;

x/R = 0.683; y/R = –0.236; z/R = –0.142;

x/R = 0.693; y/R = –0.228; z/R = –0.141;

x/R = 0.704; y/R = –0.221; z/R = –0.140;

x/R = 0.714; y/R = –0.214; z/R = –0.140;

x/R = 0.725; y/R = –0.207; z/R = –0.139;

x/R = 0.735; y/R = –0.199; z/R = –0.138;

x/R = 0.745; y/R = –0.192; z/R = –0.137;

x/R = 0.755; y/R = –0.184; z/R = –0.136;

x/R = 0.766; y/R = –0.176; z/R = –0.135;

x/R = 0.776; y/R = –0.169; z/R = –0.135;

x/R = 0.786; y/R = –0.161; z/R = –0.134;

x/R = 0.796; y/R = –0.153; z/R = –0.133;

x/R = 0.806; y/R = –0.146; z/R = –0.132;

x/R = 0.816; y/R = –0.138; z/R = –0.131;

x/R = 0.826; y/R = –0.130; z/R = –0.130;

x/R = 0.836; y/R = –0.122; z/R = –0.129;

x/R = 0.846; y/R = –0.114; z/R = –0.128;

x/R = 0.856; y/R = –0.106; z/R = –0.127;

x/R = 0.866; y/R = –0.098; z/R = –0.121;

x/R = 0.876; y/R = –0.090; z/R = –0.125;

x/R = 0.886; y/R = –0.082; z/R = –0.124;

x/R = 0.896; y/R = –0.074; z/R = –0.123;

x/R = 0.905; y/R = –0.066; z/R = –0.122;

x/R = 0.915; y/R = –0.058; z/R = –0.121;

x/R = 0.925; y/R = –0.050; z/R = –0.120;

x/R = 0.935; y/R = –0.041; z/R = –0.119;

x/R = 0.945; y/R = –0.033; z/R = –0.118;

x/R = 0.954; y/R = –0.025; z/R = –0.117;

x/R = 0.964; y/R = –0.017; z/R = –0.116;

x/R = 0.974; y/R = –0.009; z/R = –0.115;

x/R = 0.984; y/R = –0.001; z/R = –0.114;

x/R = 0.994; y/R = –0.008; z/R = –0.113.

Beispiel für eine Ausführungsform

Es wurde ein Rotor 20 für einen Verdichter mit einem mittelhohen Strömungskoeffizienten mit einem Außenradius von 200 mm und mit 19 zylindrischen Laufschaufeln 1 hergestellt, deren Flächen 3 auf den Druckseiten und Flächen 5 auf den Saugseiten die gleiche Krümmung aufweisen.

Diese Flächen 3 und 5 sind in einem rechtshändigen System von kartesischen Achsen Y, X, Z mit einer Abszissenachse Y, einer Ordinatenachse X und einer Achse Z, die mit der Drehachse des Rotors zusammenfällt und in Richtung auf den Innenraum der Maschine ausgerichtet ist, durch die folgenden Koordinaten x, y, z einer diskreten Menge von Punkten 10 definiert, die zu den Randlinien 6 und 8 gehören, die jeweils durch die Flächen 3 und 5 an dem Schnitt mit dem Abschnitt 7 der Laufschaufel 1, der mit der Gegenscheibe 22 des Rotors in Kontakt steht, erzeugt sind.

Die Linie 6 ist durch Punkte 10 mit den folgenden Koordinaten definiert:

x = 102.553; y = –69.663; z = –30.610

x = 105.308; y = –69.373; z = –30.332

x = 107.762; y = –68.532; z = –30.203

x = 110.161; y = –67.565; z = –30.052

x = 112.510; y = –66.499; z = –29.897

x = 114.814; y = –65.348; z = –29.748

x = 117.074; y = –64.114; z = –29.602

x = 119.304; y = –62.830; z = –29.455

x = 121.519; y = –61.522; z = –29.308

x = 123.723; y = –60.195; z = –29.159

x = 125.915; y = –58.850; z = –29.008

x = 128.096; y = –57.489; z = –28.857

x = 130.226; y = –56.111; z = –28.707

x = 132.426; y = –54.717; z = –28.555

x = 134.576; y = –53.308; z = –28.400

x = 136.714; y = –51.882; z = –28.241

x = 138.841; y = –50.443; z = –28.080

x = 140.958; y = –48.989; z = –27.918

x = 143.066; y = –47.522; z = –27.754

x = 145.163; y = –46.043; z = –27.589

x = 147.252; y = –44.552; z = –27.426

x = 149.332; y = –43.050; z = –27.262

x = 151.403; y = –41.537; z = –27.094

x = 153.466; y = –40.014; z = –26.921

x = 155.521; y = –38.480; z = –26.747

x = 157.568; y = –36.938; z = –26.572

x = 159.608; y = –35.387; z = –26.395

x = 161.641; y = –33.827; z = –26.217

x = 163.667; y = –32.259; z = –26.037

x = 165.686; y = –30.685; z = –25.857

x = 167.700; y = –29.103; z = –25.678

x = 169.708; y = –27.514; z = –25.498

x = 171.710; y = –25.918; z = –25.313

x = 173.707; y = –24.317; z = –25.125

x = 175.698; y = –22.710; z = –24.935

x = 177.685; y = –21.098; z = –24.744

x = 179.667; y = –19.482; z = –24.554

x = 181.645; y = –17.862; z = –24.366

x = 183.620; y = –16.240; z = –24.174

x = 185.592; y = –14.614; z = –23.978

x = 187.561; y = –12.987; z = –23.779

x = 189.528; y = –11.358; z = –23.579

x = 191.494; y = –9.727; z = –23.378

x = 193.458; y = –8.094; z = –23.179

x = 195.421; y = –6.457; z = –22.979

x = 197.381; y = –4.817; z = –22.739

x = 199.333; y = –3.173; z = –22.533

x = 201.286; y = –1.532; z = –22.552.

Die Linie 8 ist durch Punkte 10 mit den folgenden Koordinaten definiert:

x = 102.582; y = –69.661; z = –30.610

x = 104.393; y = –67.609; z = –30.544

x = 106.475; y = –66.003; z = –30.405

x = 108.594; y = –64.650; z = –30.312

x = 110.739; y = –63.275; z = –30.229

x = 112.904; y = –61.945; z = –30.098

x = 115.091; y = –60.656; z = –29.960

x = 117.285; y = –59.378; z = –29.817

x = 119.470; y = –58.086; z = –29.670

x = 121.646; y = –56.776; z = –29.519

x = 123.810; y = –55.449; z = –29.367

x = 125.965; y = –54.104; z = –29.212

x = 128.110; y = –52.378; z = –29.056

x = 130.245; y = –51.364; z = –28.899

x = 132.369; y = –49.971; z = –28.744

x = 134.484; y = –48.562; z = –28.587

x = 136.588; y = –47.138; z = –28.427

x = 138.684; y = –45.699; z = –28.264

x = 140.770; y = –44.247; z = –28.097

x = 142.848; y = –42.781; z = –27.930

x = 144.919; y = –41.303; z = –27.760

x = 146.981; y = –39.834; z = –27.591

x = 149.039; y = –38.313; z = –27.422

x = 151.082; y = –36.802; z = –27.253

x = 153.121; y = –35.280; z = –27.079

x = 155.154; y = –33.749; z = –26.901

x = 157.180; y = –32.208; z = –26.722

x = 159.199; y = –30.658; z = –26.542

x = 161.213; y = –29.101; z = –26.359

x = 163.221; y = –27.535; z = –26.175

x = 165.223; y = –25.962; z = –25.990

x = 167.221; y = –24.381; z = –25.806

x = 169.213; y = –22.794; z = –25.622

x = 171.200; y = –21.200; z = –25.436

x = 173.182; y = –19.601; z = –24.245

x = 175.161; y = –17.995; z = –25.051

x = 177.135; y = –16.385; z = –26.856

x = 179.108; y = –14.770; z = –24.660

x = 181.180; y = –13.151; z = –24.466

x = 183.046; y = –11.259; z = –24.272

x = 185.012; y = –9.905; z = –24.074

x = 186.976; y = –8.278; z = –23.871

x = 188.938; y = –6.650; z = –23.666

x = 190.899; y = –5.020; z = –23.461

x = 192.857; y = –3.387; z = –23.256

x = 194.810; y = –1.752; z = –23.056

x = 196.754; y = –0.115; z = –22.835

x = 198.714; y = –1.532; z = –22.581.

Als der Rotor 20 einer fluiddynamischen Untersuchung unterworfen worden ist, wurde festgestellt, dass sein polytroper Stufenwirkungsgrad deutlich höher war als derjenige von herkömmlichen Rotoren nach dem Stand der Technik.


Anspruch[de]
Zylinderische Laufschaufel für einen Rotor der rein radialen Bauart eines Kreiselverdichters mit einem mittelhohen Strömungskoeffizienten, wobei die Laufschaufel (1) zwischen einer Scheibe (21) und einer Gegenscheibe (22), die den Rotor bilden, positioniert ist und eine erste Fläche (3) der Druckseite sowie eine zweite Fläche (5) der Saugseite mit gleicher Krümmung aufweist, wobei beide zu der Drehachse (Z) des Rotors parallele Erzeugende aufweisen, wobei die Krümmungslinien der Flächen (3, 5) in der Richtung der Achse (Z) durch einen ersten Abschnitt (7) der Laufschaufel, der mit der Gegenscheibe (22) in Kontakt steht, und durch einen zweiten Abschnitt (9) der Laufschaufel (1), der mit der Scheibe (21) in Kontakt steht, definiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem rechtshändigen kartesischen Referenzssystem (Y, X, Z), das eine Ordinatenachse (X) und eine Abszissenachse (Y) aufweist, wobei die Ebene (YX) mit dem zweiten Kontaktabschnitt (9) zusammenfällt und wobei die Achse (Z) mit der Drehachse des Rotors zusammenfällt und in Richtung auf den Innenraum der Maschine ausgerichtet ist, der Schnitt jeder der Flächen (3, 5) mit dem Abschnitt (7) zwei gekrümmte Linien, nämlich eine erste Randlinie (6) der Druckseite und eine zweite Randlinie (8) der Saugseite, definiert, die durch eine diskrete Menge von zu den Linien (6, 8) gehörenden Punkten (10) bestimmt sind, deren Koordinaten (y, x, z) in Bezug auf die drei Achsen (Y, X, Z) in Abhängigkeit von dem Außenradius R des Rotors (20) als die Verhältnisse y/R, x/R und z/R ausgedrückt werden, wobei die Koordinaten (y, x, z) der Punkte innerhalb eines Bereiches von ±0,600 mm variabel sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Linie (6) durch die folgenden Verhältnisse definiert ist:

x/R = 0.513; y/R = –0.348; z/R = –0.153;

x/R = 0.527; y/R = –0.347; z/R = –0.152;

x/R = 0.539; y/R = –0.343; z/R = –0.151;

x/R = 0.551; y/R = –0.338; z/R = –0.150;

x/R = 0.563; y/R = –0.332; z/R = –0.149;

x/R = 0.574; y/R = –0.327; z/R = –0.149;

x/R = 0.585; y/R = –0.321; z/R = –0.148;

x/R = 0.597; y/R = –0.313; z/R = –0.147;

x/R = 0.608; y/R = –0.308; z/R = –0.147;

x/R = 0.619; y/R = –0.301; z/R = –0.146;

x/R = 0.630; y/R = –0.294; z/R = –0.145;

x/R = 0.640; y/R = –0.287; z/R = –0.144;

x/R = 0.651; y/R = –0.281; z/R = –0.144;

x/R = 0.662; y/R = –0.274; z/R = –0.143;

x/R = 0.673; y/R = –0.267; z/R = –0.142;

x/R = 0.684; y/R = –0.259; z/R = –0.141;

x/R = 0.694; y/R = –0.252; z/R = –0.140;

x/R = 0.705; y/R = –0.245; z/R = –0.140;

x/R = 0.715; y/R = –0.238; z/R = –0.139;

x/R = 0.726; y/R = –0.230; z/R = –0.138;

x/R = 0.736; y/R = –0.223; z/R = –0.137;

x/R = 0.747; y/R = –0.215; z/R = –0.136;

x/R = 0.757; y/R = –0.202; z/R = –0.135;

x/R = 0.767; y/R = –0.200; z/R = –0.135;

x/R = 0.778; y/R = –0.2192; z/R = –0.134;

x/R = 0.788; y/R = –0.185; z/R = –0.133;

x/R = 0.798; y/R = –0.177; z/R = –0.132;

x/R = 0.808; y/R = –0.169; z/R = –0.131;

x/R = 0.818; y/R = –0.161; z/R = –0.130;

x/R = 0.828; y/R = –0.153; z/R = –0.129;

x/R = 0.839; y/R = –0.146; z/R = –0.128;

x/R = 0.849; y/R = –0.138; z/R = –0.127;

x/R = 0.859; y/R = –0.130; z/R = –0.127;

x/R = 0.869; y/R = –0.122; z/R = –0.126;

x/R = 0.878; y/R = –0.114; z/R = –0.125;

x/R = 0.888; y/R = –0.105; z/R = –0.124;

x/R = 0.898; y/R = –0.097; z/R = –0.123;

x/R = 0.908; y/R = –0.089; z/R = –0.122;

x/R = 0.918; y/R = –0.081; z/R = –0.121;

x/R = 0.928; y/R = –0.073; z/R = –0.120;

x/R = 0.938; y/R = –0.065; z/R = –0.119;

x/R = 0.948; y/R = –0.057; z/R = –0.118;

x/R = 0.957; y/R = –0.049; z/R = –0.117;

x/R = 0.967; y/R = –0.040; z/R = –0.116;

x/R = 0.977; y/R = –0.032; z/R = –0.115;

x/R = 0.987; y/R = –0.024; z/R = –0.114;

x/R = 0.997; y/R = –0.016; z/R = –0.113;

x/R = 1.006; y/R = –0.008; z/R = –0.113;

die Linie (8) durch die folgenden Verhältnisse definiert ist:

x/R = 0.513; y/R = –0.348; z/R = –0.153;

x/R = 0.522; y/R = –0.338; z/R = –0.153;

x/R = 0.532; y/R = –0.330; z/R = –0.152;

x/R = 0.543; y/R = –0.323; z/R = –0.152;

x/R = 0.554; y/R = –0.316; z/R = –0.151;

x/R = 0.565; y/R = –0.310; z/R = –0.150;

x/R = 0.575; y/R = –0.303; z/R = –0.150;

x/R = 0.586; y/R = –0.297; z/R = –0.149;

x/R = 0.597; y/R = –0.290; z/R = –0.148;

x/R = 0.608; y/R = –0.284; z/R = –0.148;

x/R = 0.619; y/R = –0.277; z/R = –0.147;

x/R = 0.630; y/R = –0.271; z/R = –0.146;

x/R = 0.641; y/R = –0.264; z/R = –0.145;

x/R = 0.651; y/R = –0.257; z/R = –0.144;

x/R = 0.662; y/R = –0.250; z/R = –0.144;

x/R = 0.672; y/R = –0.243; z/R = –0.143;

x/R = 0.683; y/R = –0.236; z/R = –0.142;

x/R = 0.693; y/R = –0.228; z/R = –0.141;

x/R = 0.704; y/R = –0.221; z/R = –0.140;

x/R = 0.714; y/R = –0.214; z/R = –0.140;

x/R = 0.725; y/R = –0.207; z/R = –0.139;

x/R = 0.735; y/R = –0.199; z/R = –0.138;

x/R = 0.745; y/R = –0.192; z/R = –0.137;

x/R = 0.755; y/R = –0.184; z/R = –0.136;

x/R = 0.766; y/R = –0.176; z/R = –0.135;

x/R = 0.776; y/R = –0.169; z/R = –0.135;

x/R = 0.786; y/R = –0.161; z/R = –0.134;

x/R = 0.796; y/R = –0.153; z/R = –0.133;

x/R = 0.806; y/R = –0.146; z/R = –0.132;

x/R = 0.816; y/R = –0.138; z/R = –0.131;

x/R = 0.826; y/R = –0.130; z/R = –0.130;

x/R = 0.836; y/R = –0.122; z/R = –0.129;

x/R = 0.846; y/R = –0.114; z/R = –0.128;

x/R = 0.856; y/R = –0.106; z/R = –0.127;

x/R = 0.866; y/R = –0.098; z/R = –0.121;

x/R = 0.876; y/R = –0.090; z/R = –0.125;

x/R = 0.886; y/R = –0.082; z/R = –0.124;

x/R = 0.896; y/R = –0.074; z/R = –0.123;

x/R = 0.905; y/R = –0.066; z/R = –0.122;

x/R = 0.915; y/R = –0.058; z/R = –0.121;

x/R = 0.925; y/R = –0.050; z/R = –0.120;

x/R = 0.935; y/R = –0.041; z/R = –0.119;

x/R = 0.945; y/R = –0.033; z/R = –0.118;

x/R = 0.954; y/R = –0.025; z/R = –0.117;

x/R = 0.964; y/R = –0.017; z/R = –0.116;

x/R = 0.974; y/R = –0.009; z/R = –0.115;

x/R = 0.984; y/R = –0.001; z/R = –0.114;

x/R = 0.994; y/R = –0.008; z/R = –0.113.
Zylindrische Laufschaufel nach Anspruch 1, bei der die Linien (6, 8) durch die folgenden Koordinaten (y, x, z) einer diskreten Menge von Punkten (10), die zu den Linien (6, 8) gehören, definiert sind und bei der der Rotor (20) einen Außenradius (R) von 200 mm aufweist, wobei die Linie (6) durch Punkte (10) mit den folgenden Koordinaten definiert ist:

x = 102.553; y = –69.663; z = –30.610

x = 105.308; y = –69.373; z = –30.332

x = 107.762; y = –68.532; z = –30.203

x = 110.161; y = –67.565; z = –30.052

x = 112.510; y = –66.499; z = –29.897

x = 114.814; y = –65.348; z = –29.748

x = 117.074; y = –64.114; z = –29.602

x = 119.304; y = –62.830; z = –29.455

x = 121.519; y = –61.522; z = –29.308

x = 123.723; y = –60.195; z = –29.159

x = 125.915; y = –58.850; z = –29.008

x = 128.096; y = –57.489; z = –28.857

x = 130.226; y = –56.111; z = –28.707

x = 132.426; y = –54.717; z = –28.555

x = 134.576; y = –53.308; z = –28.400

x = 136.714; y = –51.882; z = –28.241

x = 138.841; y = –50.443; z = –28.080

x = 140.958; y = –48.989; z = –27.918

x = 143.066; y = –47.522; z = –27.754

x = 145.163; y = –46.043; z = –27.589

x = 147.252; y = –44.552; z = –27.426

x = 149.332; y = –43.050; z = –27.262

x = 151.403; y = –41.537; z = –27.094

x = 153.466; y = –40.014; z = –26.921

x = 155.521; y = –38.480; z = –26.747

x = 157.568; y = –36.938; z = –26.572

x = 159.608; y = –35.387; z = –26.395

x = 161.641; y = –33.827; z = –26.217

x = 163.667; y = –32.259; z = –26.037

x = 165.686; y = –30.685; z = –25.857

x = 167.700; y = –29.103; z = –25.678

x = 169.708; y = –27.514; z = –25.498

x = 171.710; y = –25.918; z = –25.313

x = 173.707; y = –24.317; z = –25.125

x = 175.698; y = –22.710; z = –24.935

x = 177.685; y = –21.098; z = –24.744

x = 179.667; y = –19.482; z = –24.554

x = 181.645; y = –17.862; z = –24.366

x = 183.620; y = –16.240; z = –24.174

x = 185.592; y = –14.614; z = –23.978

x = 187.561; y = –12.987; z = –23.779

x = 189.528; y = –11.358; z = –23.579

x = 191.494; y = –9.727; z = –23.378

x = 193.458; y = –8.094; z = –23.179

x = 195.421; y = –6.457; z = –22.979

x = 197.381; y = –4.817; z = –22.739

x = 199.333; y = –3.173; z = –22.533

x = 201.286; y = –1.532; z = –22.552.

Die Linie (8) ist durch Punkte (10) mit den folgenden Koordinaten definiert:

x = 102.582; y = –69.661; z = –30.610

x = 104.393; y = –67.609; z = –30.544

x = 106.475; y = –66.003; z = –30.405

x = 108.594; y = –64.650; z = –30.312

x = 110.739; y = –63.275; z = –30.229

x = 112.904; y = –61.945; z = –30.098

x = 115.091; y = –60.656; z = –29.960

x = 117.285; y = –59.378; z = –29.817

x = 119.470; y = –58.086; z = –29.670

x = 121.646; y = –56.776; z = –29.519

x = 123.810; y = –55.449; z = –29.367

x = 125.965; y = –54.104; z = –29.212

x = 128.110; y = –52.378; z = –29.056

x = 130.245; y = –51.364; z = –28.899 x = 132.369; y = –49.971; z = –28.744

x = 134.484; y = –48.562; z = –28.587

x = 136.588; y = –47.138; z = –28.427

x = 138.684; y = –45.699; z = –28.264

x = 140.770; y = –44.247; z = –28.097

x = 142.848; y = –42.781; z = –27.930

x = 144.919; y = –41.303; z = –27.760

x = 146.981; y = –39.834; z = –27.591

x = 149.039; y = –38.313; z = –27.422

x = 151.082; y = –36.802; z = –27.253

x = 153.121; y = –35.280; z = –27.079

x = 155.154; y = –33.749; z = –26.901

x = 157.180; y = –32.208; z = –26.722

x = 159.199; y = –30.658; z = –26.542

x = 161.213; y = –29.101; z = –26.359

x = 163.221; y = –27.535; z = –26.175

x = 165.223; y = –25.962; z = –25.990

x = 167.221; y = –24.381; z = –25.806

x = 169.213; y = –22.794; z = –25.622

x = 171.200; y = –21.200; z = –25.436

x = 173.182; y = –19.601; z = –24.245

x = 175.161; y = –17.995; z = –25.051

x = 177.135; y = –16.385; z = –26.856

x = 179.108; y = –14.770; z = –24.660

x = 181.180; y = –13.151; z = –24.466

x = 183.046; y = –11.259; z = –24.272

x = 185.012; y = –9.905; z = –24.074

x = 186.976; y = –8.278; z = –23.871

x = 188.938; y = –6.650; z = –23.666

x = 190.899; y = –5.020; z = –23.461

x = 192.857; y = –3.387; z = –23.256

x = 194.810; y = –1.752; z = –23.056

x = 196.754; y = –0.115; z = –22.835

x = 198.714; y = –1.532; z = –22.581.
Zylindrische Laufschaufel nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Schnitt der Flächen (3) und (5) mit dem Abschnitt (9) zwei gekrümmte Linien, nämlich eine dritte Randlinie (6') auf der Druckseite und eine vierte Randlinie (8') auf der Saugseite, definiert, die durch die gleichen (x)- und (y)-Koordinaten wie die entsprechenden Linien (6) und (8) und eine (z)-Koordinate von null definiert sind. Rotor der rein radialen Bauart eines Kreiselverdichters mit einem mittelhohen Strömungskoeffizienten, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrere Laufschaufeln (1) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche enthält. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Außenradius von 200 mm aufweist und dass er 19 Laufschaufeln (1) enthält.






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