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Patent Searching and Data


Title:
FLOW-THROUGH ARRANGEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/057414
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an arrangement (ARG), through which a process fluid (PFF) can flow along a main flow direction (MFD), comprising an impeller (IMP) that can rotate about an axis (X) in a rotation direction (RTD) and a stationary diffuser (DFF) located downstream of the impeller (IMP) and being provided with guide vanes (VNE), wherein the impeller (IMP) has an inlet (ILI) for a substantially axial supply flow and an outlet (EXI) for a substantially radial out-flow, wherein radially and axially extending rotor blades (BLD) are arranged between a wheel disc (HWI) and a cover disc (SWI) of the impeller (IMP), the impeller channels (ICH) are separated from one another in a circumferential direction (CDR), wherein the diffuser (DFF) extends substantially radially along a main flow direction (MFD), wherein the diffuser (DFF) has an axial cover disc side (SWI) and an axial wheel disc side (HWI), which delimit an axial channel width (SAC) of the diffuser (DFF) between them, wherein the diffuser (DFF) has a diffuser inlet (IND) for a substantially radial supply flow and a diffuser outlet (EXD), wherein guide vanes (VNE) extending axially along a blade vertical direction and radially along a through-flow direction are arranged between the wheel disc side (HWI) and the cover disc side (SWI) of the diffuser (DFF), which separate the guide vane channels (DCH) from one another in a circumferential direction (CDR). According to the invention, an inlet edge angle (LEA) for every axial blade height is defined as an angle between an inlet edge tangent (TLV) on a mean line (BWL) on an inlet edge (DLE) of the respective guide vane (VNE) and a circumferential tangent (CTG) through the inlet edge, wherein the inlet edge angle (LEA) is smaller on the cover disc side than on the wheel disc side.

Inventors:
MARTENS UWE (DE)
PETRY NICO (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/072380
Publication Date:
March 28, 2019
Filing Date:
August 20, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
F04D29/44
Domestic Patent References:
WO2011011335A12011-01-27
WO2011011335A12011-01-27
Foreign References:
EP0648939A21995-04-19
US2372880A1945-04-03
EP2778431A22014-09-17
EP2650546A12013-10-16
EP2650546A12013-10-16
DE102010020379A12011-11-17
DE102014219107A12016-03-24
DE102016201256A12017-08-03
US2372880A1945-04-03
EP2778431A22014-09-17
EP0648939A21995-04-19
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Claims:
Patentansprüche

1. Anordnung (ARG), die von einem Prozessfluid (PFF) ent¬ lang einer Hauptströmungsrichtung (MFD) durchströmbar ist, umfassend ein um eine Achse (X) in einer Rotationsrichtung (RTD) rotierbares Laufrad (IMP) und einen stromabwärts des Laufrades (IMP) befindlichen, mit Leitschaufeln (VNE) beschaufelten stehenden Diffusor (DFF) ,

wobei das Laufrad (IMP) einen Eintritt (ILI) für eine im Wesentlichen axiale Zuströmung und einen Austritt (EXI) für eine im Wesentlichen radiale Abströmung aufweist,

wobei zwischen einer Radscheibe (HWI) und einer Deckschei¬ be (SWI) des Laufrads (IMP) sich radial und axial erstre¬ ckende Laufschaufeln (BLD) angeordnet sind, die Laufradka- näle (ICH) in einer Umfangsrichtung (CDR) voneinander abgrenzen,

wobei der Diffusor (DFF) sich entlang einer Hauptströmungsrichtung (MFD) im Wesentlichen radial erstreckt,

wobei der Diffusor (DFF) eine axiale Deckscheibensei- te (SWS) und eine axiale Radscheibenseite (HWS) aufweist, die zwischen sich eine axiale Kanalbreite (SAC) des Diffu- sors (DFF) begrenzen,

wobei der Diffusor (DFF) einen Diffusoreintritt (IND) für eine im Wesentlichen radiale Zuströmung und einen

Diffusoraustritt (EXD) aufweist,

wobei zwischen der Radscheibenseite (HWS) und der Deck¬ scheibenseite (SWS) des Diffusors (DFF) sich entlang einer Schaufelhöhenrichtung axial und entlang einer Durchströmungsrichtung radial erstreckende Leitschaufeln (VNE) ange- ordnet sind, die Leitschaufelkanäle (DCH) in einer Umfangs- richtung (CDR) voneinander abgrenzen,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Leitschaufeln (VNE) eine Neigung aufweisen, derart, dass die Eintrittskante (DLE) deckscheibenseitig gegenüber der radscheibenseitigen Eintrittskante (DLE) entgegen der

Rotationsrichtung (RTD) des Laufrades (IMP) um mindestens 10% der axialen Kanalbreite (SAC) des Diffusors (DFF) ver- setzt ist.

2. Anordnung (ARG) nach Anspruch 1, wobei ein Eintrittskantenwinkel (LEA) für jede axiale Schaufelhöhe definiert ist als Winkel zwischen einer Eintrittskantentangente (TLV) an einer Skelettlinie (BWL) an einer Eintrittskante (DLE) der jeweiligen Leitschaufel (VNE) und einer Umfangstangente (CTG) durch die Eintrittskante,

wobei der Eintrittskantenwinkel (LEA) deckscheibenseitig kleiner ist als radscheibenseitig

3. Anordnung (ARG) nach Anspruch 2,

wobei der Betrag der Differenz zwischen deckscheibenseiti- gem und radscheibenseitigem Eintrittskantenwinkel (LEA) mindestens 5° beträgt.

4. Anordnung (ARG) nach Anspruch 1, 2 oder 3,

wobei der Anstellwinkel (AOA) der Leitschaufeln (VNE) deckscheibenseitig kleiner als radscheibenseitig ist.

5. Anordnung (ARG) nach Anspruch 4,

wobei der Betrag der Differenz zwischen deckscheibenseiti- gem und radscheibenseitigem Anstellwinkel (AOA) der Leitschaufeln (VNE) mindestens 5° beträgt.

6. Anordnung (ARG) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

wobei der Quotient aus axialer Kanalbreite (SAC) des be¬ schaufelten Diffusors (DFF) zum maximalen Laufradaustrittsdurchmesser (DIE) größer als 0,04 ist.

7. Anordnung (ARG) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

wobei der Quotient aus axialer Kanalbreite (SAC) des be¬ schaufelten Diffusors zur axialen Kanalbreite (SAC) des Laufrades (IMP) am maximalen Laufradaustrittsdurchmes- ser (DIE) kleiner als 0,95 ist.

8. Anordnung (ARG) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Leitschaufeln (VNE) derart ausgebildet sind, dass ein Winkel zwischen einer Tangente an der Skelettli- nie (BWL) im Eintrittskantenbereich zu einer Tangente an der Skelettlinie (BWL) im Austrittskantenbereich (TEA) deckscheibenseitig kleiner ist als radscheibenseitig .

9. Anordnung (ARG) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

wobei die Leitschaufeln (VNE) derart ausgebildet sind, dass ein Winkel zwischen einer Tangente an der Skelettli¬ nie (BWL) im Eintrittskantenbereich zu der Profilsehne (VCH) deckscheibenseitig kleiner ist als radscheibensei¬ tig .

10. Anordnung (ARG) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitschaufeln (VNE) derart ausgebildet sind, dass ein Versatz entgegen der Rotationsrichtung (RTD) des Laufrades (IMP) an der Austrittskante (DTE) von der Deckscheibenseite (SWS) gegenüber der Radscheibensei¬ te (HWS) geringer ist als an der Eintrittskante (DLE) .

11. Anordnung (ARG) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der axiale Verlauf der Leitschaufeln (VNE) des Diffusors (DFF) von der Deckscheibenseite (SWS) bis zur

Radscheibenseite (HWS) kontinuierlich gekrümmt ausgeführt ist .

12. Anordnung (ARG) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Laufrad (IMP) derart dreidimensional gestaltet ist, dass zumindest im stromabwärtigsten Drittel der Erstreckung der Laufschaufeln (BLD) entlang der Haupt- Strömungsrichtung (MFD) eine Axialprojektion einer deck- scheibenseitigen Laufschaufelspur (BDS) und einer radschei- benseitigen Laufschaufelspur (BRS) zumindest einen Überstand von deckscheibenseitigen Laufschaufelspur (BDS) zur radscheibenseitigen Laufschaufelspur (BRS) von mindestens einem Flächenanteil > 5% bezüglich der deckscheibenseitigen Laufschaufelspurflache aufweist.

13. Anordnung (ARG) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Diffusor (DFF) derart dreidimensional gestaltet ist, dass zumindest im stromaufwärtigsten Drittel der Erstreckung der Leitschaufeln (VNE) entlang der Hauptströmungsrichtung (MFD) eine Axialprojektion einer deckscheibenseitigen Leitschaufelspur (DDS) und einer radscheibenseitigen Leitschaufelspur (DRS) zumindest einen Über- stand von deckscheibenseitigen Leitschaufelspur (DDS) zur radscheibenseitigen Leitschaufelspur (DRS) von mindestens einem Flächenanteil > 5% bezüglich der deckscheibenseitigen Leitschaufelspurfläche aufweist.

Description:
Beschreibung

Durchströmbare Anordnung Die Erfindung betrifft eine Anordnung , die von einem Pro- zessfluid entlang einer Hauptströmungsrichtung durchströmbar ist, umfassend ein um eine Achse in einer Rotationsrichtung rotierbares Laufrad und einen stromabwärts des Laufrades be ¬ findlichen, mit Leitschaufeln beschaufelten stehenden Diffu- sor , wobei das Laufrad einen Eintritt für eine im Wesentli ¬ chen axiale Zuströmung und einen Austritt für eine im Wesent ¬ lichen radiale Abströmung aufweist, wobei zwischen einer Radscheibe und einer Deckscheibe des Laufrads sich radial und axial erstreckende Laufschaufeln angeordnet sind, die Lauf- radkanäle in einer Umfangsrichtung voneinander abgrenzen, wobei der Diffusor sich entlang einer Hauptströmungsrichtung im Wesentlichen radial erstreckt, wobei der Diffusor eine axiale Deckscheibenseite und eine axiale Radscheibenseite aufweist, die zwischen sich eine axiale Kanalbreite des Diffusors be- grenzen, wobei der Diffusor einen Diffusoreintritt für eine im Wesentlichen radiale Zuströmung und einen Diffusoraustritt aufweist, wobei zwischen der Radscheibenseite und der Deck ¬ scheibenseite des Diffusors sich entlang einer Schaufelhöhenrichtung axial und entlang einer Durchströmungsrichtung radi- al erstreckende Leitschaufeln angeordnet sind, die Leitschau ¬ felkanäle in einer Umfangsrichtung voneinander abgrenzen.

Eine entsprechende Anordnung ist bereits aus der

EP 2 650 546 AI bekannt. Dort wird vorgeschlagen, die Leit- schaufeln in geneigter Form in einem hinter dem Laufrad angeordneten stehenden Diffusor anzuordnen (dihedral vanes) . Insbesondere beim sogenannten „low solidity diffusor" (mit Leitschaufeln, die einen verhältnismäßig großen Abstand zueinander in Umfangsrichtung im Verhältnis zu deren Radialerstre- ckung aufweisen) soll mittels dieser aerodynamischen Maßnahme ein verringerter Druckverlust erzielt werden. Da das Strö ¬ mungsbild in dem Diffusor jedoch maßgeblich von den Strömungsverhältnissen in und nach dem Laufrad abhängt, können die vorgeschlagenen Maßnahmen je nach Konstellation des Laufrades positive oder negative Effekte haben, so dass der ge ¬ wünschte Effekt dieser Maßnahme nur unter ganz bestimmten sonstigen aerodynamischen Randbedingungen oder gar nicht ein- tritt.

Aus der DE 10 2010 020 379 AI ist bereits ein einstellbarer Radialverdichterdiffusor bekannt, bei dem die axiale Kanalbreite des im Wesentlichen sich radial erstreckenden Diffu- sors veränderlich ausgebildet ist.

Aus der DE 10 2014 219 107 AI ist bereits ein

Radialverdichterlaufrad bekannt, dessen Deckscheibe und Rad ¬ scheibe an dem Außenumfang als Kegelflächen ausgebildet sind.

Aus der DE 10 2016 201 256 AI ist bereits eine Anordnung aus einem Laufrad und einem Diffusor bekannt, bei der die einzel ¬ nen Diffusorleitschaufein unterschiedliche Abstände zu der Rotationsachse aufweisen.

Aus der EP 2 650 546 AI ist bereits die in Umfangsrichtung geneigte Anordnung von Leitschaufeln in einem Diffusor einer Radialturbomaschine bekannt. Die Dokumente US 2 372 880 A, EP 2 778 431 A2,

WO 2011/011335 AI zeigen jeweils eine dreidimensionale Diffu- sor-Leitschaufel-Gestaltung stromabwärts eines offenen Laufrades. Die Strömungsverhältnisse an einem offenen Laufrad sind schon aufgrund der Haftbedingung auch am strömungsfüh- renden Stator gegenüber der Radscheibe am offenen Laufrad nicht mit denen in einem geschlossenen Laufrad vergleichbar. Stromabwärts eines offenen Laufrads ergeben sich daher völlig andere Strömungsbilder, insbesondere hinsichtlich der Unterschiede seitens der Radscheibe und der Deckscheibe.

Die EP 0 648 939 A2 zeigt eine Turbomaschine mit einem ge ¬ schlossenen Laufrad. Die EP 2 650 546 AI zeigt eine Leitschaufelgestaltung mit einer gebogenen Profilschwerpunktslinie entlang der Schaufel ¬ höhe stromabwärts eines geschlossenen Laufrads. Bisher folgt eine dreidimensionale Gestaltung von Laufrad ¬ schaufeln und Diffusorschaufein kaum einer nachvollziehbaren technischen Lehre, die die Aerodynamik der Anordnung zuverlässig gegenüber herkömmlichen Ausführungen verbessert. Die Erfindung hat es sich daher zu Aufgabe gemacht, die Aerodyna- mik, insbesondere der Leitschaufeln des Diffusors einer derartigen Anordnung mittels der erfindungsgemäßen Lehre zu verbessern .

Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung eine Anordnung der eingangs definierten Art vor, die mittels des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs weiter gebildet ist.

Die einzelnen Leitschaufeln lassen sich als ein Stapel von Schaufelprofilen entlang einer Schaufelhöhe definieren. Die Schaufelprofile sind hierbei zweidimensionale Geometrien, die die Schaufelaußenkontur in einer bestimmten Schaufelhöhenposition definieren.

Hierbei versteht die Erfindung unter einer Profilsehne eines Schaufelprofils eine („gedachte") gerade Verbindungslinie zwischen der Profilvorderkante (Profilnase) und einer

Profilhinterkante .

Der Anstellwinkel eines Schaufelprofils entspricht dem Winkel zwischen Tangente an der Profilsehne und der Tangente an der Kreisbewegung des Rotors. Dementsprechend ist der Anstellwin ¬ kel entlang der Erstreckung der Schaufel senkrecht zur Schaufelhöhe, also im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungs ¬ richtung konstant und kann entlang der Schaufelhöhe variie ¬ ren .

Eine Skelettlinie (Krümmungslinie) beschreibt einen Profil ¬ schnitt bzw. ein Profil einer Schaufel in einer bestimmten Höhenposition dadurch, dass die Skelettlinie (Krümmungslinie) eine von den Mittelpunkten eingeschriebener bzw. die Saugseite und Druckseite des Profils tangierender Kreise definierte Linie ist. Ausdrücke, wie axial, radial, tangential oder Umfangsrichtung beziehen sich - wenn dies nicht anders angegeben ist - auf eine Rotationsachse des Laufrades der Anordnung. Insbesondere die Begriffe „tangential", „Tangente" und damit in Verbindung stehende Ausdrücke sind in der Beschreibung dieser Erfindung häufig auch mit Bezug auf eine andere Kurve benutzt.

Ein Prozessfluid kann vorliegend ein beliebiges gasförmiges, flüssiges oder mischphasiges Fluid sein. Das Prozessfluid be ¬ wegt sich entlang einer Hauptströmungsrichtung durch die An- Ordnung, die in der Regel Bestandteil einer Turbomaschine ist. Unter der Ausströmungsrichtung wird die mittlere Fortbewegungsrichtung des Prozessfluids in dem Bereich verstanden, der in dem jeweiligen Zusammenhang von gegenständlichen Begrenzungswänden definiert wird. Beispielsweise in dem Diffu- sor bewegt sich das Prozessfluid durch einzelne von Leit ¬ schaufeln axial begrenzte und in Umfangsrichtung begrenzte Strömungskanäle von einem Bereich der Eintrittskanten der Leitschaufeln nach radial außen in einem Bereich von Austrittskanten der Leitschaufeln hinein. Da die Leitschaufeln jeweils eine Krümmung des Profils aufweisen, kann nur von einer im Wesentlichen radialen Hauptströmungsrichtung gesprochen werden. Jedenfalls lässt der Begriff „Hauptströmungs ¬ richtung" lokale Wirbel und Turbulenzen unberücksichtigt. Das Laufrad der Anordnung weist in der Regel eine Radscheibe und eine Deckscheibe auf. Die Radscheibe begrenzt hierbei Strömungskanäle des Laufrades einerseits nach radial (vorwie ¬ gend im Bereich der Einströmung) innen und andererseits zu der axialen Seite (zunehmend mit Nähe zum Laufradaustritt hin) hin, die axial der Einströmseite gegenüberliegt und durch die ein Prozessfluid nicht in das Laufrad einströmt. Die Deckscheibe stellt die der Radscheibe gegenüberliegender Begrenzung von Strömungskanälen des Laufrades dar. Auf der der Radscheibenseite gegenüberliegenden axialen Deckscheibenseite strömt das Prozessfluid axial in das Laufrad ein und wird für die Strömungskanäle des Laufrades nach radial außen hin umgelenkt. Die Deckscheibenseite könnte deswegen auch Zuströmungsseite genannt werden. In Umfangsrichtung werden

Strömungskanäle des Laufrades mittels Laufschaufeln voneinan ¬ der abgegrenzt, wobei die Laufschaufeln die Radscheibe und die Deckscheibe miteinander verbinden. Im Kontext der gesamten Anordnung definieren die Radscheibe und die Deckscheibe jeweils auch die Radscheibenseite und die Deckscheibenseite, auf die bei der Beschreibung des Diffusors ebenfalls Bezug genommen wird. Die Zuströmung des Diffusors in der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt stets radial von innen nach außen. Bevorzugt ist der Diffusor hierbei auch mit einer im Wesentlichen radial nach außen gerichteten

Abströmung in Form eines Diffusoraustritts versehen. Grund ¬ sätzlich ist es denkbar, dass der Diffusor auch gekrümmt ausgebildet ist und gegebenenfalls radial-axial, axial oder nach radial-innen abströmt. Grundsätzlich erstreckt sich nach der Erfindung stets ein Abschnitt des Diffusors im Wesentlichen radial. Dieser Abschnitt kann sich vor einer Umlenkung der Strömung in eine axiale oder in eine nach radial innen gerichtete Strömungsrichtung befinden.

Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Eintrittskantenwinkel für jede axiale Schaufelhöhe definiert ist als Win ¬ kel zwischen einer Eintrittskantentangente an einer Skelett ¬ linie an einer Eintrittskante der jeweiligen Leitschaufel und einer Umfangstangente durch die Eintrittskante, wobei der

Eintrittskantenwinkel deckscheibenseitig kleiner ist als rad- scheibenseitig .

Hierbei bedeutet eine Umfangstangente, die durch die Ein- trittskante verläuft, dass diese Umfangstangente senkrecht zu einem Radialstrahl durch den Eintrittskantenpunkt des jewei ¬ ligen Profilschnitts der Leitschaufel verläuft. Der Ein ¬ trittskantenwinkel ist hierbei der mathematisch positiv über- strichene Winkel ausgehend von der Umfangstangente bis zu der Eintrittskantentangente an der Skelettlinie. Diese Festlegung der Skelettliniengestaltung an der Eintrittskante für die Radscheibenseite mit Bezug auf die Deckscheibenseite der Diffusorleitschaufel führt zu einer verlustfreieren Einströ ¬ mung des Prozessfluids in den Diffusor.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Differenz zwischen deckscheibenseitigem und radscheiben- seifigem Eintrittskantenwinkel mindestens 5° beträgt. Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung in dieser Größenordnung führt zu einer deutlichen Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften der Anordnung. Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Anstellwinkel der Leitschaufeln deckscheiben- seitig kleiner als radscheibenseitig ist. Diese Ausgestaltung berücksichtigt die Differenz im Strömungsbild nach Austritt aus dem Laufrad zwischen der Deckscheibenseite und der Rad- scheibenseite zusätzlich, so dass die Aerodynamik weiter verbessert wird.

Diese Verbesserung wird umso deutlicher, wenn die Differenz zwischen deckscheibenseitigem und radscheibenseitigem An- Stellwinkel der Leitschaufeln mindestens 5° beträgt.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strömung nach Austritt aus dem Laufrad vor Eintritt in den Diffusor besonders zweckmäßig vorbereitet wird, wenn der Quo- tient aus axialer Kanalbreite des beschaufelten Diffusors zum maximalen Laufradaustrittsdurchmesser größer als 0,04 ist.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Quotient aus axialer Kanalbreite des beschau- feiten Diffusors zur axialen Kanalbreite des Laufrades am ma ¬ ximalen Laufradaustrittsdurchmesser kleiner als 0,95 ist. Auf diese Weise wird die Strömung mit dem Eintritt in den Diffu- sor beschleunigt, so dass die Wirbelbildung hinter dem Lauf ¬ rad sich reduziert.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfin- dung sind die Leitschaufeln derart ausgebildet, dass ein Win ¬ kel zwischen einer Tangente an der Skelettlinie im Eintritts ¬ kantenbereich zu einer Tangente an der Skelettlinie im Aus ¬ trittskantenbereich deckscheibenseitig kleiner ist als rad- scheibenseitig . In anderen Worten kann dieses Merkmal dadurch charakterisiert werden, dass eine durch das jeweilige Profil vorgegebene Umlenkfunktion deckscheibenseitig weniger stark ist als radscheibenseitig . Auch diese Ausgestaltung bezieht sich vorteilhaft auf die besondere Strömungssituation des Prozessfluids nach Austritt aus dem Laufrad und vor Eintritt in den Diffusor.

Eine ähnliche Wirkung hat eine andere vorteilhafte Weiterbil ¬ dung der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die Leitschaufeln derart ausgebildet sind, dass ein Winkel zwischen einer Tangente an der Skelettlinie im Eintrittskantenbereich zu der Profilsehne deckscheibenseitig kleiner ist als radscheiben ¬ seitig. Hierbei ist der Winkel zwischen einer Tangente an der Skelettlinie im Eintrittskantenbereich zu der Profilsehne de ¬ finiert als der mathematisch positive Winkel von der Tangente an der Skelettlinie im Eintrittskantenbereich zu der Profilsehne .

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leitschaufeln eine Neigung aufweisen, derart, dass die Eintrittskante deckscheibenseitig gegenüber der rad- scheibenseitigen Eintrittskante entgegen der Rotationsrichtung des Laufrades um mindestens 10% der axialen Kanalbreite des Diffusors versetzt ist. Insbesondere in Kombination mit den bereits zuvor beschriebenen einzelnen oder einigen Wei- terbildungen der Erfindung berücksichtigt diese Ausgestaltung die Unterschiede zwischen der Deckscheibenseite und der Rad ¬ scheibenseite im Strömungsbild nach Austritt aus dem Laufrad zusätzlich . Bezugnehmend auf eine derartige Neigung der Eintrittskante in Umfangsrichtung kann auch die Austrittskante in Umfangsrich- tung geneigt sein, wobei es nach einer vorteilhaften Weiter- bildung der Anordnung besonders zweckmäßig ist, wenn die

Leitschaufeln derart ausgebildet sind, dass ein Versatz ent ¬ gegen der Rotationsrichtung des Laufrades an der Austrittskante von der Deckscheibenseite gegenüber der Radscheibensei ¬ te geringer ist als an der Eintrittskante.

Eine harmonische, druckverlustarme Strömungsführung wird ins besondere dann erzielt, wenn der axiale Verlauf (Verlauf in Höhenrichtung) der Leitschaufeln des Diffusors von der Deckscheibenseite bis zur Radscheibenseite kontinuierlich ge ¬ krümmt ausgeführt ist.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher ver deutlicht. Es zeigen:

Figur 1 : einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung,

Figur 2 : einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung als De ¬ tail II gemäß Figur 1,

Figur 3 : einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung,

Figur 4 : einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung mit zusätz ¬ lichen geometrischen Details und

Figur 5 : einen schematischen Querschnitt durch einen Diffusor einer erfindungsgemäßen Anordnung im Bereich einer einzigen Leit- schaufei .

Die Figuren 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung

Längsschnitte durch eine erfindungsgemäße Anordnung ARG, wo ¬ bei Figur 2 ein mit II bezeichnetes Detail der Figur 1 wie- dergibt. Eine erfindungsgemäße Anordnung ARG wird von einem Prozessfluid PFF entlang einer Hauptströmungsrichtung MFD von einem Eintritt INL zu einem Austritt EXT durchströmt. Die An ¬ ordnung ARG umfasst ein um eine Achse X in Rotationsrich- tung RTD rotierbares Laufrad IMP. Stromabwärts des Laufra ¬ des IMP befindet sich ein mit Leitschaufeln VNE beschaufelter stehender Diffusor DFF. Das Laufrad IMP weist einen Eintritt INI für eine im Wesentlichen axiale Zuströmung auf und einen Austritt EXI für im Wesentlichen radiale Abströmung. Die Eignung für die im Wesentlichen axiale Zuströmung bzw. die im Wesentlichen radiale Abströmung des Laufrades zeichnet sich durch den Verlauf des sich durch das Laufrad IMP erstre ¬ ckenden Strömungskanals bzw. der Laufradkanäle ICH aus. Zwi ¬ schen einer Radscheibe HWI und einer Deckscheibe SWI des Laufrades IMP befinden sich radial und axial sich erstreckende Laufschaufeln BLD. Die Laufschaufelkanäle ICH sind durch diese Laufschaufein BLD in einer Umfangsrichtung CDR voneinander abgegrenzt, wie dies den Figuren 3 und 4 entnehmbar ist. Der Diffusor DFF erstreckt sich mit

Diffusorströmungskanälen entlang der Hauptströmungsrichtung MFD, die im Wesentlichen radial verläuft. Der Diffusor DFF weist eine axiale Deckscheibenseite SWS und eine axi ¬ ale Radscheibenseite HWS auf. Diese Nomenklatur lehnt sich an die Anordnung der Deckscheibe SWI und der Radscheibe HWI des Laufrades IMP an. Die axiale Deckscheibenseite SWS und die axiale Radscheibenseite HWS des Diffusors DFF begrenzen zwi ¬ schen sich eine axiale Kanalbreite SAC des Diffusors DFF. Der Diffusor DFF weist einen Diffusoreintritt IND für eine im We ¬ sentlichen radiale Zuströmung und einen Diffusoraustritt EXD auf.

In der Figur 1 ist der Diffusor in drei sich entlang der Hauptströmungsrichtung MFD erstreckende Abschnitte unterteilt, in ein erstes Diffusordrittel TS1, ein zweites

Diffusordrittel TS2 und ein drittes Diffusordrittel TS3. Zwi ¬ schen der Radscheibenseite HWS und der Deckscheibenseite SWS erstrecken sich entlang einer Schaufelhöhenrichtung axial und entlang einer Durchströmungsrichtung radial erstreckende Leitschaufeln VNE . Die Leitschaufeln VNE grenzen einzelne Leitschaufelkanäle DCH in einer Umfangsrichtung CDR voneinander ab. In den Figuren 3, 4 und 5 ist jeweils ein Querschnitt der er ¬ findungsgemäßen Anordnung ARG oder eines Ausschnitts davon wiedergegeben, so dass auch erkennbar ist, inwiefern die Leitschaufelkanäle DCH zueinander in einer Umfangsrich- tung CDR mittels der Leitschaufeln VNE abgegrenzt sind. Da die Leitschaufeln VNE naturgemäß nicht ein völlig gerades

Profil entlang der Hauptströmungsrichtung MFD aufweisen, ist auch die derartige Abgrenzung dementsprechend zu verstehen. Die einzelnen Leitschaufeln VNE lassen sich als ein Stapel von Schaufelprofilen PRL (beispielsweise Schaufelprofil

PRL, wie in Figur 5 dargestellt) entlang der Schaufelhöhe definieren. Die Schaufelhöhe verläuft, wie in den Figuren 1, 2 wiedergegeben, parallel zu der Achse X, also axial. Die Schaufelprofile PRL selbst sind zweidimensionale Geometrien, die die Schaufelaußenkontur in einer bestimmten Schaufel- höhenposition definieren. Die eigentliche dreidimensionale

Außenkontur der Schaufel auf der jeweiligen Saugseite SCS und Druckseite PRS ergibt sich als eine Flächeninterpolation zwischen den linienhaften Begrenzungskonturen der Schaufelprofile PRL, die jeweils eine linienhafte Vorgabe in der jeweili- gen Schaufelhöhenposition (hier auch Axialposition) angeben.

Figur 3 zeigt im Querschnitt schematisch ausschnittsweise die erfindungsgemäße Anordnung ARG mit einem Laufrad IMP und ei ¬ nem sich stromabwärts anschließenden Diffusor DFF, der als Stator STA ausgebildet ist. Zwischen dem Laufrad IMP und dem Diffusor DFF befindet sich ein radiales Spiel RCL eines Radi ¬ alspaltes. Das Laufrad IMP dreht sich in der Darstellung in einer Umfangsrichtung CDR. Die einzelnen Leitschaufeln VNE des Diffusors DFF sind lediglich als schematische Skelettli- nien BWL wiedergegeben. Eine Skelettlinie BWL beschreibt hierbei einen Profilschnitt bzw. ein Profil einer Schaufel in einer bestimmten Höhenposition dadurch, dass die Skelettlinie BWL, auch bisweilen Krümmungslinie genannt, ein von den Mit- telpunkten eingeschriebener bzw. die Saugseite und die Druckseite des Profils tangierender Kreise definierte Linie ist. Im Einzelnen zeigt die Figur 5 anhand zweier Kreise CLC exemplarisch, wie Druckseite PRF und Saugseite SCS einer Leitschaufel VNE mittels der eingeschriebenen Kreise CLC die Skelettlinie BWL definieren.

Hierbei zeigt die Figur 5 lediglich einen Axialschnitt durch den Diffusor DFF im Bereich einer Leitschaufel VNS, wobei die Abbildung sowohl für die Deckscheibenseite SWS, als auch für die Radscheibenseite HWS Gültigkeit aufweist.

Die Figur 4 zeigt ähnliche Zusammenhänge in Zusammenschau mit dem Laufrad IMP. Dort ist das Laufrad IMP in drei entlang der Hauptströmungsrichtung MFD aufeinanderfolgende Drittelab ¬ schnitte aufgeteilt in etwa ausgehend von einer Laufschaufel- eintrittskante ILE bis zu einer Laufschaufelaustrittskan- te ITE. Hierbei sind Laufschaufeleintrittskante ILE und Lauf- schaufelaustrittskante ITE nicht zwingend identisch mit dem Eintritt INI des Laufrads bzw. Austritt XEI des Laufrads. Die Hauptströmungsrichtung MFD verläuft im Laufrad IMP auch axial - also in Figur 4 auch in die Zeichnungsebene hinein. Die In ¬ formation über die Axialerstreckung geht in der axialen Projektion der Laufschaufein BLD der Figur 4 naturgemäß verlo- ren. Das Laufrad weist einen ersten Laufradabschnitt IS1, ei ¬ nen zweiten Laufradabschnitt IS2 und einen dritten Laufradab ¬ schnitt IS3 auf. Im Unterschied zu der Figur 5 zeigt die Fi ¬ gur 4 in jeweils gestrichelter Wiedergabe die Deckscheibenseite SWS und die Radscheibenseite HWS sowohl für eine Lauf- schaufei BLD als auch für eine Leitschaufel VNE.

Insbesondere der Figur 5 ist entnehmbar, dass ein Eintritts ¬ kantenwinkel LEA für jede axiale Schaufel definiert ist als Winkel zwischen einer Eintrittskantentangente TLV der jewei- ligen Leitschaufel VNE und einer Umfangstangente CTG durch die Eintrittskante DLE . Der Eintrittskantenwinkel LEA ist hierbei mathematisch positiv gemessen ausgehend von der Umfangstangente CTG auf die Eintrittskantentangente TLV. Die Umfangstangente CTG ist eine Tangente an der Umfangsrichtung in der jeweiligen angegebenen Position, hier an der Position der Eintrittskante DLE . Diese Umfangstangente CTG lässt sich auch definieren als senkrecht zu einem Radialstrahl RAD und dem Referenzpunkt, hier die Eintrittskante DLE beinhaltend.

In den Figuren 4 und 5 ist jeweils auch die Profilsehne VCH des Profils der Leitschaufel VNE in den jeweiligen Schnitt eingezeichnet, die sich von einer Eintrittskante DLE hin zu einer Austrittskante DTE als eine gerade Linie erstreckt. In ähnlicher Weise wie der Eintrittskantenwinkel LEA definiert sich ausgehend von der Profilsehne VCH auch der Anstellwinkel AOA als ein mathematisch positiv gemessener Winkel ausgehend von der Umfangstangente CTG auf die Profilsehne VCH.

Die Figur 4 zeigt diese Zusammenhänge für die Deckscheiben ¬ seite SWS und die Radscheibenseite HWS des Diffusors DFF. Die Anordnung ARG sieht vor, dass der Eintrittskantenwinkel LEA deckscheibenseitig kleiner ist als radscheibenseitig bei dem Diffusor DFF. Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen dem deckscheibenseitigen und dem radscheibenseitigen Eintrittskantenwinkel LEA mindestens 5 Grad.

Wie auch in Figur 2 dargestellt, beträgt der Quotient aus axialer Kanalbreite SAC des beschaufelten Diffusors DFF zum maximalen Laufradaustrittsdurchmesser mehr als 0,04. Ebenfalls der Figur 2 ist entnehmbar, dass der Quotient aus einer axialen Kanalbreite SAC des beschaufelten Diffusors DFF zur axialen Kanalbreite IAC des Laufrades IMP am maximalen Lauf- radaustrittsdurchmesser DIE kleiner als 0,95 ist. Besonders bevorzugt, wie auch in Figur 5 dargestellt, ist die Leit ¬ schaufel VNE derart ausgebildet, dass ein Winkel, hier ge ¬ nannt Profilkrümmungswinkel VBA, zwischen einer Tangente TLV an der Skelettlinie BWL im Eintrittskantenbereich zu einer Tangente TTV an der Skelettlinie BWL im Austrittskantenbe ¬ reich TEA deckscheibenseitig kleiner ist als radscheibensei ¬ tig. Der Krümmungswinkel VBA ist hierbei auch wieder mathema- tisch positiv gemessen ausgehend von der Tangente TLV an der Skelettlinie BWL im Eintrittskantenbereich.

Ebenfalls in Figur 5 dargestellt ist eine vorteilhafte Aus- bildung der Erfindung derart, dass ein Winkel zwischen der Tangente TLV an der Skelettlinie BWL im Eintrittskantenbe ¬ reich zu der Profilsehne VCH deckscheibenseitig kleiner ist als radscheibenseitig, wobei der Winkel hier als Eintrittsan ¬ stellwinkel VTC bezeichnet ist. Es ist zu beachten, dass die Figur 5 die Verhältnisse an der Radscheibenseite HWS bzw. Deckscheibenseite SWS grundsätzlich schematisch wiedergibt und dementsprechend beide Seiten repräsentiert.

Die Darstellung mit überlagerten Profilschnitten der Figur 4 wird bei Eintragung sämtlicher dieser geometrischen Zusammenhänge unübersichtlich.

Eine Eintrittskante DLE der Leitschaufeln VNE kann vorteil ¬ haft, wie in Figur 4 dargestellt, radial ein Stück stromab- wärts gegenüber dem Diffusoreintritt DFF versetzt sein, wobei in Figur 4 dieser Radialversatz als CBS ausgewiesen ist.

Schematisch in der Figur 4 wiedergegeben ist der Zusammenhang, dass die Leitschaufeln VNE eine Neigung aufweisen, der- art, dass die Eintrittskante DLE deckscheibenseitig gegenüber der radscheibenseitigen Eintrittskante DLE entgegen der Rotationsrichtung RTD des Laufrades IMP um mindestens 10% der axialen Kanalbreite SAC des Diffusors DFF versetzt ist. In diesem Zusammenhang ist es auch zweckmäßig, wie in Figur 4 dargestellt, wenn die Leitschaufeln VNE derart ausgebildet sind, dass ein Versatz entgegen der Rotationsrichtung RTD des Laufrades IMP an der Austrittskante DTE von der Deckscheibenseite SWS gegenüber der Radscheibenseite HWI geringer ist als an der Eintrittskante DLE. Der axiale Verlauf der Leitschau- fein des Diffusors DFF von der Deckscheibenseite SWS bis zur Radscheibenseite HWI ist kontinuierlich gekrümmt ausgeführt. Figur 4 zeigt auch schematisch, dass zumindest im stromaufwärtigsten Drittel der Erstreckung der Leitschaufeln VNE entlang der Hauptströmungsrichtung MFD eine Axialprojektion einer deckscheibenseitigen Leitschaufelspur DDS und einer radscheibenseitigen Leitschaufelspur DRS zumindest einen Überstand von deckscheibenseitigen Leitschaufelspur DDS zur radscheibenseitigen Leitschaufelspur DRS von mindestens einem Flächenanteil > 5% bezüglich der deckscheibenseitigen Leitschaufelspurfläche aufweist.