ROBENS PETER (DE)
JONEN WERNER (DE)
ROBENS PETER (DE)
FR1326166A | 1963-05-03 | |||
FR2574871A1 | 1986-06-20 | |||
FR2774137A1 | 1999-07-30 | |||
US2332614A | 1943-10-26 |
Patentansprüche 1. Zwischenboden (7) für eine Radialturbomaschine (1) mit einem Radialdiffusorkanal (11), dessen Hauptdurchströmung¬ srichtung (18) radial von innen nach außen verläuft, einem Umlenkkanal (12), der stromab des Radialdiffusorkanals (11) an diesen anschließt und dessen Hauptdurchströmungsrichtung (19) von radial nach außen nach radial nach innen umgelenkt ist, und einem Rückführkanal (25) , der stromab des Umlenk¬ kanals (12) an diesen anschließt und dessen Hauptdurchströmungsrichtung (20) radial von außen nach innen verläuft, wobei der Zwischenboden (7) einen ersten Außenoberflächen- abschnitt (13) aufweist, der konvex geformt ist den Umlenkkanal (12) zu begrenzen, wobei in dem Zwischenboden (7) mindestens ein Verbrauchsgasabführkanal (16) vorgesehen ist, der in den Umlenkkanal (12) mündet, so dass, wenn die Hauptdurchströmung (19) im Umlenkkanal (12) feste oder flüssige Teilchen (21) aufweist, durch den Verbrauchsgas- abführkanal (16) Verbrauchsgas als teilchenarmes Gas einer Hauptdurchströmung (19) von dieser abführbar ist. 2. Zwischenboden (7) gemäß Anspruch 1, wobei der Zwischenboden (7) mit einem zweiten Außenoberflächenabschnitt (14) den Radialdiffusorkanal (11) und mit einem dritten Außenoberflächenabschnitt (15) den Rückführkanal (25) begrenzt, wobei der erste Außenoberflächenabschnitt (13) bezogen auf die Hauptdurchströmungsrichtung (17-19) zwischen dem zweiten und dem dritten Außenoberflächenabschnitt (15, 16) angeordnet ist . 3. Zwischenboden (7) gemäß Anspruch 2, wobei der Verbrauchsgasabführkanal (16) im Bereich des Übergangs zwischen dem ersten Außenoberflächenabschnitts (13) und dem dritten Außenoberflächenabschnitt (15) in den Umlenkkanal (12) mündet. 4. Zwischenboden (7) gemäß einem der Ansprüche 2 und 3, wobei der Verbrauchsgasabführkanal (16) in dem Zwischenboden (7) in einer Ebene verläuft, in der die Achse des Zwischenbodens (7) liegt, und zur Achse des Zwischenbodens (7) zum dritten Außenoberflächenabschnitt (14) hin geneigt angeordnet ist. 5. Radialturbomaschine (1) mit vertikal angeordneter Rotationsachse (4), wobei die Hauptströmungsrichtung der Radialturbomaschine von oben nach unten verläuft, aufweisend eine Verdichterstufe (2), die einen Zwischenboden (7) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist. 6. Radialturbomaschine (1) gemäß Anspruch 5, wobei die Radialturbomaschine (1) einen Rückführkanal (25) und ein Innengehäuse (6) aufweist, das derart geformt und angeordnet ist, dass das Innengehäuse (6) zusammen mit dem dritten Außenoberflächenabschnitt (15) des Zwischenbodens (7) den Rückführkanal (25) bildet, wobei in dem Rückführkanal (25) mindestens eine Leitschaufel (8) angeordnet ist, die den Rückführkanal (25) überbrückt und in der der Verbrauchsgasabführkanal (16) von dem Zwischenboden (7) zu dem Innengehäuse (6) geführt ist. 7. Radialturbomaschine (1) gemäß Anspruch 6, wobei sich der Verbrauchsgasabführkanal (16) in der Leitschaufel (8) in die Axialrichtung (4) erstreckt. 8. Radialturbomaschine (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Verbrauchsgasabführkanal (16) auf der Schaufelsehne (24) und im Bereich höchster Profildicke der Leitschaufel (8) angeordnet ist. 9. Radialturbomaschine (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei in jeder Leitschaufel (8) und dazugehörig in dem Zwischenboden (7) der Verbrauchsgasabführkanal (16) vorgesehen ist. |
Zwischenboden für eine Radialturbomaschine Die Erfindung betrifft einen Zwischenboden für eine
Radialturbomaschine und eine Radialturbomaschine mit einer den Zwischenboden aufweisenden Verdichterstufe.
Eine Radialturbomaschine ist beispielsweise ein mehrstufiger Einwellen-Radialverdichter, dessen Einzelstufen als
Komponenten zur Strömungsführung von Prozeßgas ein Laufrad, das von einer Welle angetrieben wird, einen Radialdiffusor, einen Umlenkkanal, sowie einen Rückführkanal aufweisen. Das Prozeßgas durchströmt zunächst das Laufrad, wobei das
Prozeßgas in Axialrichtung in das Laufrad eintritt und in Radialrichtung nach außen aus dem Laufrad austritt. Eine Erhöhung des statischen Drucks erfolgt in dem Diffusor, der sich radial an das Laufrad anschließt und von dem Prozessgas von innen nach außen durchströmt wird. In dem mehrstufigen Radialverdichter durchströmt das Prozeßgas eine Vielzahl von Radialverdichterstufen, die axial hintereinander auf der Welle angeordnet sind und jeweils das Laufrad und den
Diffusor aufweisen. Ferner wird in jeder der
Radialverdichterstufen die Gasströmung nach dem Diffusor radial in Richtung zur Welle zurückgeführt, um in das Laufrad einer nachfolgenden Radialverdichterstufe einzutreten. Die Rückführung wird mit einem Umlenkkanal bewerkstelligt, der die Prozeßgasströmungsrichtung von radial nach außen nach radial nach innen umlenkt. An den Umlenkkanal schließt sich stromabwärts ein Rückführkanal an, der sich in Radialrichtung erstreckt, um die Prozeßgasströmung dem Eintritt des stromab angeordneten Laufrads zuzuführen. Nach dem Durchströmen der letzten Radialverdichterstufe strömt das Prozeßgas in ein Spiralgehäuse, das sich an die letzte Radialverdichterstufe anschließt und an das ein Radialverdichterstutzen
angeschlossen ist, durch den das Prozeßgas abströmt. Es ist bekannt, einen Teil des Prozeßgases aus der Hauptströmung abzuführen, um Kühlgas beispielsweise zum Kühlen eines Motors oder zum Kühlen von Magnetlagern zu gewinnen.
Das Entnehmen des Teilgasstroms aus der Hauptströmung des Prozessgases hat jedoch unter anderem den Nachteil, dass in vielen Fällen die Qualität des Teilgasstroms hinsichtlich den Reinheitsanforderungen ungenügend ist, da der Teilgasstrom beispielsweise einen zu hohen Feuchtigkeitsgehalt hat. Dies kann zu einer Beschädigung der von dem Teilgasstrom
kontaktierten Bauteile führen, wodurch die Wartungszyklen des Radialturboverdichters kurz sind.
Aufgabe der Erfindung ist, einen Zwischenboden für eine
Radialturbomaschine und eine Radialturbomaschine, die den Zwischenboden aufweist, zu schaffen, wobei die
Radialturbomaschine sicher betreibbar ist.
Erfindungsgemäß wird ein Zwischenboden für eine Radial ¬ turbomaschine geschaffen, die einen Radialdiffusorkanal aufweist, dessen Hauptdurchströmungsrichtung radial von innen nach außen verläuft, einen Umlenkkanal, der stromab des
Radialdiffusorkanals an diesen anschließt und dessen
Hauptdurchströmungsrichtung von radial nach außen nach radial nach innen umgelenkt ist, und einen Rückführkanal, der stromab des Umlenkkanals an diesen anschließt und dessen Hauptdurchströmungsrichtung radial von außen nach innen verläuft. Der Zwischenboden weist einen ersten
Außenoberflächenabschnitt auf, der konvex geformt ist den Umlenkkanal zu begrenzen. Ferner ist in dem Zwischenboden mindestens ein Verbrauchsgasabführkanal vorgesehen, der in den Umlenkkanal mündet, so dass, wenn die Hauptdurchströmung im Umlenkkanal feste oder flüssige Teilchen aufweist, durch den Verbrauchsgasabführkanal Verbrauchsgas als teilchenarmes Gas einer Hauptdurchströmung von dieser abführbar ist. Ferner wird erfindungsgemäß eine Radialturbomaschine mit vertikal angeordneter Rotationsachse geschaffen, wobei die
Hauptströmungsrichtung der Radialturbomaschine von oben nach unten verläuft und die Radialturbomaschine eine
Verdichterstufe aufweist, die den Zwischenboden aufweist.
Die Erfindung ermöglicht vorteilhaft bei einer Radial- turbomaschine, den trockenen und sauberen Teilgasstrom aus dem gegebenenfalls partikel- und/oder wassertropfenbeladenen Prozeßgasstrom im Ringraum einer Radialdiffusorstufe der Radialturbomaschine zu entnehmen. Dies wird erfindungsgemäß insbesondere aufgrund der konvexen Form des ersten Außenober- flächenabschnitts des Zwischenbodens und aufgrund der
erfindungsgemäßen besonderen Anordnung des Umlenkkanals und dessen Mündung erreicht. Die Erfindung beruht auf den
Gedanken, die Entnahmestelle für den Teilgasstrom in dem Umlenkkanal im Bereich höchster Strömungsumlenkung, d.h. im inneren Bogen des Umlenkkanals vorzusehen. Feste oder
flüssige Teilchen, beispielsweise Schmutzpartikel oder
Wassertröpfchen, können der Umlenkung der Gasströmung
aufgrund ihrer Trägheit nicht im vollen Maße folgen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung begrenzt der
Zwischenboden mit einem zweiten Außenoberflächenabschnitt den Radialdiffusorkanal und mit einem dritten Außenoberflächenabschnitt den Rückführkanal, wobei der erste Außen ¬ oberflächenabschnitt bezogen auf die Hauptdurchströmungs- richtung zwischen dem zweiten und dem dritten Außenoberflächenabschnitt angeordnet ist. Bei dieser
Ausführungsform der Erfindung können vorteilhaft die inneren Begrenzungen des Radialdiffusorkanals , des Umlenkkanals und des Rückführkanals von dem Zwischenboden als ein einstückiges Teil bereitgestellt werden, in dem der Mündungsabschnitt sowie ein sich an den Mündungsabschnitt anschließender
Abschnitt des Verbrauchsgasabführkanals integral angeordnet sind . Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mündet der
Verbrauchsgasabführkanal in den Umlenkkanal im Bereich des Übergangs zwischen dem ersten Außenoberflächenabschnitt und dem dritten Außenoberflächenabschnitt . Bei dieser Ausführungsform ist vorteilhaft besonders effektiv das
Verbrauchsgas als teilchenarmes Gas der Hauptdurchströmung von dieser durch den Verbrauchsgasabführkanal abführbar. Es wird vorteilhaft ausgenutzt, dass im Betrieb die
Prozessgasströmung in der Nähe des Rückführkanals um bereits einen großen Umlenkwinkel umgelenkt wurde, so dass besonders wenige feste oder flüssige Teilchen in die Nähe der Mündung des Verbrauchsgasabführkanals kommen, da die festen oder flüssigen Teilchen der Umlenkung der Gasströmung nicht in vollem Maße folgen konnten. Ein weiterer Vorteil ist, dass, wenn der Zwischenboden in einer Radialturbomaschine mit senkrechter Rotationsachse und mit von oben nach unten verlaufender Hauptströmungsrichtung verwendet wird, die festen oder flüssigen Teilchen aufgrund der Schwerkraft sich von der Mündung des Verbrauchsgasabführkanals entfernen bzw. die Mündung nicht erreichen, wodurch die Reinheit des
Verbrauchsgases verbessert ist.
Bevorzugtermaßen verläuft der Verbrauchsgasabführkanal in dem Zwischenboden in einer Ebene, in der die Achse des
Zwischenbodens liegt. Ferner ist der Verbrauchsgasabführkanal zur Achse des Zwischenbodens zum dritten
Außenoberflächenabschnitt hin geneigt angeordnet. Bei dieser Ausführungsform trägt, wenn der Zwischenboden in die
Radialturbomaschine mit vertikaler Rotationsachse eingebaut ist, die Neigung des Verbrauchsgasabführkanals vorteilhaft dazu bei, dass weniger feste oder flüssige Teilchen mit dem Verbrauchsgas durch den Verbrauchsgasabführkanal abgeführt werden, wodurch die Verbrauchsgasqualität weiter verbessert wird.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialturbomaschine weist die Radialturbomaschine den Rückführkanal und ein Innengehäuse auf, das derart geformt und angeordnet ist, dass das Innengehäuse zusammen mit dem dritten Außen ¬ oberflächenabschnitt des Zwischenbodens den Rückführkanal bildet. Ferner ist in dem Rückführkanal mindestens eine
Leitschaufel angeordnet, die den Rückführkanal überbrückt und in der der Verbrauchsgasabführkanal von dem Zwischenboden zu dem Innengehäuse geführt ist. Bei dieser Ausführungsform entfällt vorteilhaft die Notwendigkeit, in dem Rückführkanal eine den Rückführkanal überbrückende separate Rohrleitung für die Strömungsführung des Verbrauchsgases aus der
Radialdiffusorstufe vorzusehen.
Ferner kann gemäß einer Ausführungsform der Verbrauchsgasabführkanal sich in der Leitschaufel in Axialrichtung erstrecken. Nach einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist der Verbrauchsgasabführkanal auf der Schaufelsehne und im Bereich höchster Profildicke der Leitschaufel angeordnet. Somit kann vorteilhaft der Verbrauchsgasabführkanal einen großen Durchmesser aufweisen, womit die Durchflussrate des abgeführten Verbrauchsgases vorteilhaft erhöht werden kann.
Ferner ist nach einer Ausführungsform der Erfindung in jeder Leitschaufel und dazugehörig in dem Zwischenboden der
Verbrauchsgasabführkanal vorgesehen. Bei dieser
Ausführungsform kann die Durchflussrate des Verbrauchsgases vorteilhaft weiter erhöht sein.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zwischenbodens und einer erfindungsgemäßen Radialverdichterstufe anhand der beigefügten schematischen Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Figur 1 eine Teilschnittansicht einer Radialverdichterstufe eines erfindungsgemäßen Radialverdichters mit vertikaler Rotationsachse und mit einem erfindungsgemäßen Zwischenboden, sowie Schnittansichten von Leitschaufeln der Radialverdichterstufe gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung .
In Figur 1 wird schematisch eine Radialverdichterstufe 2 eines erfindungsgemäßen Radialverdichters 1 nach einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wobei die
Radialverdichterstufe 2 den erfindungsgemäßen Zwischenboden aufweist. Ferner werden schematische Schnittansichten von Leitschaufeln 8 der Radialverdichterstufe 2 gezeigt. Der in Figur 1 gezeigte Radialverdichter 1 weist ein Innengehäuse 6 auf, in dem ein Radialverdichterlaufrad 5 angeordnet ist, das auf einer Welle 3 sitzt und von dieser angetrieben wird.
Durch das Radialverdichterlaufrad 5 wird das Prozessgas radial nach außen umgelenkt. Die Richtung der Hauptströmung
17 im Radialverdichterlaufrad 5 ist in Figur 1 mit einem Pfeil angedeutet. An das Radialverdichterlaufrad 5 schließen sich stromabwärts ein Radialdiffusorkanal 11, ein Umlenkkanal 12, sowie ein Rückführkanal 25 an. Es sind die Hauptströmung
18 im Radialdiffusorkanal 11, die Hauptströmung 19 im
Umlenkkanal 12, sowie die Hauptströmung 20 im Rückführkanal 20 jeweils durch Pfeile angedeutet.
In dem Innengehäuse 6 ist ferner ein Zwischenboden 7
angeordnet, der einen ersten Außenoberflächenabschnitt 13, einen zweiten Außenoberflächenabschnitt 14, und einen dritten Außenoberflächenabschnitt 15 hat. Der Zwischenboden 7 bildet mit den Außenoberflächenabschnitten 13, 14, 15 Innenwände des Radialdiffusorkanals 11, des Umlenkkanals 12, und des
Rückführkanals 25. Eine jeweils gegenüberliegende Innenwand wird von dem Innengehäuse 6 gebildet. Somit werden die Breite und Form der Strömungskanäle 11, 12, 25 jeweils durch die Form des Innengehäuses 6 als auch durch die Form und
Anordnung des Zwischenbodens 7 bestimmt. Gemäß Figur 1 verlaufen der zweite Außenoberflächenabschnitt 14 und der dritte Außenoberflächenabschnitt 15 im Querschnitt im
Wesentlichen gerade, wohingegen der erste Außenoberflächen- abschnitt 13 konvex geformt ist. Der Umlenkkanal 12 lenkt die Gasströmung um 180° um, um das Prozessgas dem stromabwärts gelegenen nächsten Radialverdichterlaufrad 5 zuzuführen.
Der Zwischenboden 7 des Ausführungsbeispiels aus Figur 1 ist als ein rotationssymmetrisches, einstückiges Bauteil
ausgebildet, durch welches die Welle 3 des Radialverdichters 1 durchgeführt ist. Der Zwischenboden 7 weist in seinem
Inneren einen Verbrauchsgasabführkanal 16 auf, der an der Oberfläche des Zwischenbodens 7 im Bereich des ersten
Außenoberflächenabschnitts 13, d.h. im konvexen Teil des Zwischenbodens 7 mündet. Dabei ist der Verbrauchsgas- abführkanal 16 geneigt und mündet in den hinteren Teil des Umlenkkanals 12 in die Prozessgasströmung. Der Verbrauchsgas- abführkanal 16 ist dafür vorgesehen, von der Prozessgas ¬ strömung durch die Radialverdichterstufe 2 einen Teilgasstrom abzuführen. Dies wird in Figur 1 durch Pfeile dargestellt. Da gemäß der Erfindung der Verbrauchsgasabführkanal 16 im konvexen ersten Außenoberflächenabschnitt 13 mündet, kann ein sauberer und trockener Teilgasstrom aus der Hauptdurchströmung des Prozessgases abgezweigt werden. Wie in Figur 1 gezeigt ist, sind in der Prozessgasströmung enthaltene
Anteile aus Wassertröpfchen 21 bzw. aus Partikeln, die eine höhere Dichte haben als das Prozessgas, radial nach außen gewandert, näher zu der von dem Innengehäuse 6 gebildeten Innenwand des Umlenkkanals 12 hin. Es hat sich eine
tröpfchenarme Zone 22 im Umlenkkanal 12 im Bereich nahe der Mündung des Verbrauchsgasabführkanals 16 gebildet, so dass weniger feste oder flüssige Partikel in den Verbrauchs ¬ gasabführkanal 16 hinein gelangen können und somit ein an festen oder flüssigen Teilchen armer Teilgasstrom in den Verbrauchsgasabführkanal 16 hineinströmt.
Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform sind in dem Rückführkanal 25 Leitschaufeln 8 angeordnet, die der
Prozessgasströmung den Drall entziehen. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die
Leitschaufeln 8 über einen großen Bereich in
Strömungsrichtung in dem Rückführkanal 25. In Figur 1 ist ferner die Anordnung der Leitschaufeln 8 in einem
Axialschnitt beispielhaft anhand von Leitschaufeln 8, die in Querschnittsdarstellung gezeichnet sind, gezeigt. Die
Leitschaufeln 8 weisen jeweils eine Vorderkante 9 und eine Hinterkante 10 auf und sind aerodynamisch geformt und
angeordnet zum Umlenken der Strömung, wie in der
entsprechenden Querschnittsdarstellung in Figur 1 gezeigt wird. Ferner bilden die Leitschaufeln 8 eine mechanische Verbindung zwischen dem Innengehäuse 6 und dem Zwischenboden 7. Um das an dem ersten Außenoberflächenabschnitt 13 in den geneigten Verbrauchsgasabführkanal 16 eingeströmte Gas weiterzuleiten, beispielsweise zur Verwendung als Kühlgas für einen Motor, ist ein den Rückführkanal 25 überbrückender Abschnitt des Verbrauchsgasabführkanals 16 zwischen dem
Zwischenboden 7 und dem Innengehäuse 6 vorgesehen, an welchen Abschnitt sich ein im Innengehäuse 6 verlaufender sowie parallel zum Verbrauchsgasabführkanalabschnitt 16 im
Zwischenboden 7 verlaufender und geneigter Abschnitt des Verbrauchsgasabführkanals 16 anschließt, um den Verbrauchs- gasstrom 23 aus der Radialverdichterstufe 2 abzuführen.
Der Abschnitt des Verbrauchsgasabführkanals 16, der zwischen Innengehäuse 6 und Zwischenboden 7 verläuft, ist in den
Leitschaufeln 8 angeordnet, wie dies in den Querschnitts- darstellungen der Leitschaufeln 8 in Figur 1 gezeigt wird. Dabei verläuft der Verbrauchsgasabführkanal 16 durch die Sehne 24 der Leitschaufel 8 im Bereich ihres dicksten
Profildurchmessers . Es können einer oder mehrere geneigte Verbrauchsgasabführ- kanäle 16 vorgesehen sein, die jeweils eine Mündung am ersten Außenoberflächenabschnitt 13 des Zwischenbodens 7 haben und jeweils durch eine Leitschaufel 8 verlaufen. Zwar wird gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 die Erfindung anhand eines Radialverdichters erklärt. Die Erfindung kann jedoch auch auf eine Radialpumpe angewendet werden.