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Title:
INTERMEDIATE HOUSING FLOOR FOR A FLUID KINETIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/026077
Kind Code:
A1
Abstract:
The intermediate housing floor according to the invention for a fluid kinetic machine (1) comprises a partial joint (19) at which the intermediate housing floor (13, 14) can be divided during installation and/or removal into/from the fluid kinetic machine (1) "and which is made up of at least two overlapping partial joint surfaces (20, 21) at sections (17, 18) of the intermediate housing floor (13, 14) that face one another, wherein a trough is provided in the area of the overlap in at least the one partial joint surface, a coating (23, 31) being kept in the trough", said coating protruding from the one partial joint surface (20, 21) as a protrusion in the removed state of the intermediate housing floor (13, 14) in which the intermediate housing floor is divided at the partial joint (19) so that in the installed state of the intermediate housing floor (13, 14) the coating (22, 30) abuts against the other partial joint surface (20, 21) facing the one partial joint surface (20, 21), whereupon the partial joint (19) is sealed.

Inventors:
ZACHARIAS WOLFGANG (DE)
Application Number:
PCT/EP2009/060922
Publication Date:
March 11, 2010
Filing Date:
August 25, 2009
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
ZACHARIAS WOLFGANG (DE)
International Classes:
F04D1/06; F04D29/08; F04D29/16; F04D29/42; F04D29/44; F04D29/62
Domestic Patent References:
WO2005045251A12005-05-19
Foreign References:
DE3835341A11990-04-19
US5961281A1999-10-05
DE60223317T22008-08-28
Other References:
DATABASE WPI Week 198051, Derwent World Patents Index; AN 1980-M2281C, XP002551928
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Gehäusezwischenboden für eine Strömungsmaschine (1), mit einer Teilfuge (19), an der der Gehäusezwischenboden (13, 14) bei der Montage und/oder Demontage in die / aus der

Strömungsmaschine (1) teilbar ist und die von mindestens zwei sich einander überdeckenden Teilfugenflächen (20, 21) an einander zugewandten Abschnitten (17, 18) des Gehäusezwischenbodens (13, 14) gebildet ist, wobei im Bereich der Überdeckung in wenigstens der einen Teilfugenfläche (20, 21) eine Mulde (22, 30) vorgesehen ist, in der eine Beschichtung (23, 31) untergebracht ist, die im Demontagezustand des Gehäusezwischenbodens (13, 14), in dem der Gehäusezwischenboden (13, 14) an der Teilfuge (19) geteilt ist, von der einen Teilfugenfläche (20, 21) als ein Überstand (29) vorsteht, so dass im Montagezustand des Gehäusezwischenbodens (13, 14) die Beschichtung (22, 30) an der der einen Teilfugenfläche (20, 21) zugewandten, anderen Teilfugenfläche (20, 21) anliegt, wodurch die Teilfuge (19) abgedichtet ist, wobei im Bereich der Überdeckung in der einen Teilfugenfläche (21) die eine Mulde (22) und in der anderen Teilfugenfläche (21) die andere Mulde (30) vorgesehen ist, in denen jeweils eine der Beschichtungen (23, 30) untergebracht ist, wobei die Beschichtungen (23, 30) sich einander überlappend angeordnet sind.

2. Gehäusezwischenboden gemäß Anspruch 1, wobei die Beschichtung eine Honeycomb-Schicht (23) ist.

3. Gehäusezwischenboden gemäß Anspruch 2, wobei die

Honeycomb-Schicht (23) in die Mulde (22) gelötet ist.

4. Gehäusezwischenboden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Beschichtung eine flamm- oder plasmagespritze Spritzschicht (30) ist.

5. Gehäusezwischenboden gemäß Anspruch 4, wobei die Spritzschicht (30) auf Ni-Al-Cr-Basis ist.

6. Gehäusezwischenboden gemäß Anspruch 1, wobei die Beschichtung der einen Teilfugenfläche (20) die Honeycomb- Schicht (23) ist und die Beschichtung der anderen Teilfugenfläche (21) die Spritzschicht (30) ist.

7. Gehäusezwischenboden gemäß Anspruch 6, wobei die Schichtdicke (32) der Spritzschicht (30) der anderen Teilfugenfläche (21) mindestens so groß wie der Überstand (29) der Honeycomb-Schicht (23) dimensioniert ist, so dass im Montagezustand des Gehäusezwischenbodens (13, 14) die Honeycomb-Schicht (23) in die Spritzschicht (30) eingedrückt ist .

8. Gehäusezwischenboden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Gehäusezwischenboden (13, 14) aus einer Unterhälfte (17) und einer Oberhälfte (18) gebildet ist, die im Montagezustand die Teilfuge (19) in einer Ebene bilden, in der die Drehachse (24) der Strömungsmaschine (1) liegt.

9. Gehäusezwischenboden gemäß Anspruch 8, wobei an der Unterhälfte (17) die eine Teilfugenfläche (20) mit der Honeycomb-Schicht (23) und an der Oberhälfte (18) die andere Teilfugenfläche (21) mit der Spritzschicht (31) vorgesehen ist.

10. Strömungsmaschine mit einem Gehäusezwischenboden (13, 14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.

11. Strömungsmaschine gemäß Anspruch 10, wobei die

Strömungsmaschine ein Radialturboverdichter (1) ist, der eine Radialturboverdichterstufe (8) mit einem Ringdiffusor (10), einem Umlenkkanal (11) und einem Rückführkanal (12) aufweist, die von mindestens zwei Gehäusezwischenböden (13, 14) gebildet sind.

Description:
Beschreibung

Gehäusezwischenboden für eine Strömungsmaschine

Die Erfindung betrifft einen Gehäusezwischenboden für eine Strömungsmaschine und eine Strömungsmaschine mit dem Gehäusezwischenboden .

Eine Strömungsmaschine wie ein Radialturboverdichter ist beispielsweise als ein Einwellenverdichter ausgeführt, der eine Welle mit darauf aufgefädelten Laufrädern und ein Gehäuse aufweist, das die Laufräder umgibt. Die Welle ist außerhalb des Gehäuses mittels Lager radial und axial gelagert, wobei im Inneren des Gehäuses durch das Vorsehen von Gehäuseeinbauten Strömungskanäle von und zu den Laufrädern ausgebildet sind. Die Laufräder sind beispielsweise als Radiallaufräder ausgebildet, die beispielsweise eine axiale Zuströmrichtung und eine radiale Abströmrichtung haben. Die Laufräder werden nacheinander durchströmt, so dass Prozessgas stufenweise von Laufrad zu Laufrad verdichtet wird. An der Abströmseite eines jeden Laufrads ist ein Ringdiffusor vorgesehen, durch den das Prozessgas radial nach außen geführt wird. Mit Hilfe eines Umlenkkanals nach dem Ringdiffusor wird das Prozessgas umgelenkt und radial wieder nach innen durch einen

Rückführkanal zu dem nächsten Laufrad geführt. In dem Gehäuse sind die Gehäuseeinbauten mit einer entsprechenden Formgebung versehen, so dass durch das Zusammenwirken der Gehäuseeinbauten in dem Gehäuse der Ringdiffusor, der Umlenkkanal und der Rückführkanal gebildet sind.

Die Gehäuseeinbauten sind herkömmlich als

Gehäusezwischenböden ausgeführt. Jeder Gehäusezwischenboden ist von zwei Hälften gebildet, so dass der Gehäusezwischenboden horizontal teilbar ist. Somit kann beispielsweise ein Gehäusezwischenboden durch Anbringen der einen Hälfte in das Unterteil des Gehäuses (horizontal geteilte Strömungsmaschine) bzw. in das Unterteil des Innengehäuses (vertikal geteilte Strömungsmaschine) und durch Anlegen der anderen Hälfte in das Oberteil montiert werden. Die beiden Hälften bilden an ihren Berührflächen eine Teilfuge aus, die aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten und/oder einer Deformation der Hälften hervorgerufen von einer Druckbeanspruchung beim Betrieb des Radialturboverdichters auseinanderklaffen und somit gasdurchlässig werden kann. Dadurch stellt sich durch die Teilfuge eine Leckage ein, die insbesondere bei Radialturboverdichtern mit hohen Druckdifferenzen beträchtlich ist. Insbesondere ist die Leckage bei Radialturboverdichtern mit hohem Druckverhältnis und kleinem Fördervolumenstrom nachteilig. Durch die Leckage ist der Wirkungsgrad des Radialturboverdichters reduziert, wodurch die erforderliche Leistungsaufnahme bei Erfüllung von vordefinierten Randbedingungen durch den

Radialturboverdichter erhöht ist. Ferner ist die maximal mögliche Vorhersagegenauigkeit bezüglich Druckverhältnis und Fördervolumenstrom des Radialturboverdichters mit höheren Toleranzen behaftet, da die tatsächliche Auswirkung der gegebenenfalls klaffenden Teilfuge auf die Betriebsparameter des Radialturboverdichters nur schwer vorhersagbar ist.

Abhilfe könnte hier beispielsweise das Vorsehen eines O-Rings in der Teilfuge schaffen. Jedoch besteht hierbei der

Nachteil, dass bei einer Relativbewegung der Hälften des Gehäusezwischenbodens der O-Ring zerstört werden kann. Ebenfalls sind O-Ringe nicht für alle thermischen und chemischen Belastungen geeignet. Denkbar wäre auch in der Teilfuge die Hälften des Gehäusezwischenbodens mit Nuten zu versehen, in die eine Passfeder eingesetzt ist. Die hierfür notwendigen Passungen für den Einsatz der Passfeder in den Nuten sind fertigungsbedingt nicht oder nur eingeschränkt einzuhalten. Dies hat zur Folge, dass zwischen der Passfeder und den Nuten sich Spiele einstellen, die einen Verbindungskanal zwischen den beiden Seiten des Gehäusezwischenbodens bilden, so dass die Leckage durch die Teilfuge entsprechend nachteilig erhöht wäre. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gehäusezwischenboden für eine Strömungsmaschine und eine Strömungsmaschine mit dem Gehäusezwischenboden zu schaffen, wobei die Strömungsmaschine einen hohen Wirkungsgrad hat.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Gehäusezwischenboden der eingangs genannten Art gelöst, welcher die zusätzlichen Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 aufweist.

Bei der Erstmontage des Gehäusezwischenbodens in die Strömungsmaschine ist der Gehäusezwischenboden mit der Teilfuge und den beiden Teilfugenflächen bereitgestellt. Die in der einen Teilfugenfläche ausgebildete Mulde wird mit der Beschichtung versehen, wobei von der einen Teilfugenfläche die Beschichtung vorsteht, so dass die Beschichtung den Überstand hat. Wird der Gehäusezwischenboden in die Strömungsmaschine eingebaut, werden die beiden Teilfugenflächen aneinandergelegt, so dass die Beschichtung an der ihr zugewandten, anderen Teilfugenfläche anliegt. Sobald die Teilfugenflächen einander berührend angeordnet sind, wird die Beschichtung an ihrem Überstand zusammengedrückt. Dadurch liegt die Beschichtung an der ihr zugewandten Teilfugenfläche dicht und flächig an, so dass von der Beschichtung die Teilfuge abgedichtet ist. Somit ist beim Betrieb der Strömungsmaschine eine Leckage von Prozessgas durch die Teilfuge unterbunden oder zumindest vermindert, wodurch die Strömungsmaschine einen verbesserten Wirkungsgrad hat.

In der Strömungsmaschine können fertigungsbedingt Bauungenauigkeiten auftreten, die in der zusammengebauten Strömungsmaschine dazu führen, dass die Teilfugenflächen nicht vollständig aneinander liegen. Dies hat zur Folge, dass an der Teilfuge ein Spalt ausgebildet ist, der beim Betrieb der Strömungsmaschine zu einer Leckage von Prozessgas führt. Dadurch, dass im Demontagezustand des Gehäusezwischenbodens die Beschichtung mit dem Überstand versehen ist, ist es möglich, dass, wenn der Gehäusezwischenboden montiert ist und die beiden Teilfugenflächen in entsprechendem bautoleranzbedingten Abstand angeordnet sind, die Beschichtung diesen Abstand überbrücken kann. Dadurch ist auch bei großen Bauungenauigkeiten der Strömungsmaschine der Gehäusezwischenboden im Montagezustand an der Teilfuge von der Beschichtung abgedichtet, so dass derartige Bauungenauigkeiten nicht zu einer Verschlechterung der Leistungsparameter der Strömungsmaschine führen können.

Außerdem können die Leistungsparameter der Strömungsmaschine mit herkömmlichen Methoden besser vorhergesagt werden, so dass die Strömungsmaschine zielsicher ausgelegt werden kann. Dadurch ist das Risiko vermindert, dass bei einem eventuellen Probelauf der Strömungsmaschine festgestellt wird, dass die Strömungsmaschine die geforderten Leistungsparameter nicht erfüllen kann. Hierfür wären entsprechende

Nachbesserungsaktionen an der Strömungsmaschine notwendig, die erfindungsgemäß unterbleiben können.

Bevorzugt ist die Beschichtung eine Honeycomb-Schicht . Die Honeycomb-Schicht kann kostengünstig aus entsprechend geformten Blechstreifen hergestellt werden, mit denen eine Wabenstruktur der Honeycomb-Schicht gebildet ist. Die Wabenstruktur ist derart ausgebildet, dass die Blechstreifen im Montagezustand des Gehäusezwischenbodens von der anderen Teilfugenfläche gestaucht werden. Die Honeycomb-Schicht ist bevorzugt in die Mulde gelötet.

Als Alternative und/oder Ergänzung ist bevorzugt die

Beschichtung eine flamm- oder plasmagespritzte Spritzschicht. Die Spritzschicht ist bevorzugt auf Ni-Al-Cr-Basis .

Ferner ist es bevorzugt, dass im Bereich der Überdeckung in der einen Teilfugenfläche die eine Mulde und in der anderen Teilfugenfläche die andere Mulde vorgesehen ist, in denen jeweils eine der Beschichtungen untergebracht ist, wobei die Beschichtungen sich einander überlappend angeordnet sind. Bevorzugt hierbei ist es, dass die Beschichtung der einen Teilfugenfläche die Honeycomb-Schicht ist und die Beschichtung der anderen Teilfugenfläche die Spritzschicht ist. Im Demontagezustand des Gehäusezwischenbodens ist an der einen Teilfugenfläche die Honeycomb-Schicht mit ihrem Überstand und an der anderen Teilfugenfläche die Spritzschicht vorgesehen. Werden bei der Montage die Teilfugenflächen aneinandergelegt, so drückt sich gegebenenfalls unter eigener Deformation die Honeycomb- Schicht in die Spritzschicht ein, so dass die Honeycomb- Schicht mit der Spritzschicht eine dichte Struktur in der Teilfuge bildet.

Die Dicke der Spritzschicht ist bevorzugt an der anderen Teilfugenfläche mindestens so groß wie der Überstand der

Honeycomb-Schicht dimensioniert, so dass im Montagezustand des Gehäusezwischenbodens die Honeycomb-Schicht in die Spritzschicht eingedrückt ist. Dadurch erstreckt sich die Spritzschicht im Montagezustand des Gehäusezwischenbodens lediglich in den Wabenzwischenräumen der Honeycomb-Schicht, da die Honeycomb-Schicht an den Grund der Mulde - mit einem gewissen Abstand für Fertigungstoleranzen - der anderen Teilfugenfläche anstößt. Dadurch ist die Teilfuge mit der Honeycomb-Schicht und der Spritzschicht stabil und dicht abgedichtet. Alternativ bevorzugt ist der Überstand an der Spritzschicht ausgeführt.

Bevorzugt ist es, dass der Gehäusezwischenboden aus einer Unterhälfte und einer Oberhälfte gebildet ist, die im Montagezustand die Teilfuge in einer Ebene bilden, in der die Drehachse der Strömungsmaschine liegt. Dadurch ist der Gehäusezwischenboden aus den in etwa gleich großen Hälften gebildet, so dass der Gehäusezwischenboden einfach montierbar und demontierbar ist. Bevorzugt ist es, dass an der Unterhälfte die eine Teilfugenfläche mit der Honeycomb- Schicht und an der Oberhälfte die andere Teilfugenfläche mit der Spritzschicht vorgesehen ist. Alternativ bevorzugt ist es, dass an der Oberhälfte die eine Teilfugenfläche mit der Honeycomb-Schicht und an der Unterhälfte die andere Teilfugenfläche mit der Spritzschicht vorgesehen ist.

Bevorzugt ist es, dass die Strömungsmaschine ein Radialturboverdichter ist, der eine

Radialturboverdichterstufe mit einem Ringdiffusor, einem Umlenkkanal und einem Rückführkanal aufweist, die von mindestens zwei Gehäusezwischenböden gebildet sind.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäusezwischenbodens und des erfindungsgemäßen Radialturboverdichters anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines

Radialturboverdichters, horizontal geteilt,

Fig. 2 einen Längsschnitt eines

Radialturboverdichters, vertikal geteilt,

Fig. 3 eine Teilfuge von Gehäusezwischenböden,

Fig. 4 und 5 einen Detailquerschnitt der Teilfuge des

Gehäusezwischenbodens und

Fig. 6 und 7 Details der Draufsicht der Teilfuge des

Gehäusezwischenbodens .

Wie es aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, weist ein Radialturboverdichter 1 ein Gehäuse 2 bzw. ein Gehäuse 2 und ein Innengehäuse 33 und einen Rotor 3 auf. An dem Gehäuse 2 ist ein Saugstutzen 4 und ein Druckstutzen 5 vorgesehen, wobei der Saugstutzen 4 im Inneren des Gehäuses 2 in einen Einlauf 6 mündet und eine im Inneren des Gehäuses 2 vorgesehene Austrittsspirale 7 in den Druckstutzen 5 mündet.

In dem Radialturboverdichter 1 gemäß Fig. 1 und 2 sind sechs Radialturboverdichterstufen 8 ausgebildet, die jeweils von einem Laufrad 9 des Rotors 3 gebildet sind. Jedes Laufrad 9 hat eine in Richtung der Drehachse 24 des Rotors 3 zeigende, axiale Zuströmrichtung und eine radiale nach außen zeigende Abströmrichtung. In jeder Radialturboverdichterstufe 8 ist ein Ringdiffusor 10, der radial nach außen innerhalb des Gehäuses 2 verläuft und sich stromab des Laufrads 9 sich diesem anschließt. Dem Ringdiffusor 10 folgt in Strömungsrichtung ein Umlenkkanal 11, in dem Prozessgas von dem Ringdiffusor 10 in einen Rückführkanal 12 umgelenkt wird, in dem das Prozessgas radial nach innen zu dem Laufrad 9 der nächsten Radialturboverdichterstufe 8 strömt.

In dem Gehäuse 2 ist für die Radialturboverdichterstufe 8 ein erster Gehäusezwischenboden 13 und ein zweiter Gehäusezwischenboden 14 vorgesehen, die mit einer derartigen Kontur versehen und zueinander derart angeordnet sind, dass unter Zusammenwirken des ersten Gehäusezwischenbodens 13 und des zweiten Gehäusezwischenbodens 14 der Ringdiffusor 10, der Umlenkkanal 11 und der Rückführkanal 12 in dem Gehäuse 2 ausgebildet sind.

Der erste Gehäusezwischenboden 13 hat eine zylindrische Außenseite 15 und liegt an der Innenseite des Gehäuses 2 an, wobei der erste Gehäusezwischenboden 13 mit einem Ringsteg 16 an dem Gehäuse 2 verriegelt ist. Der erste

Gehäusezwischenboden 13 und der zweite Gehäusezwischenboden 14 sind in ihrem Aufbau ähnlich, so dass im Folgenden lediglich auf den ersten Gehäusezwischenboden 13 Bezug genommen wird. Der erste Gehäusezwischenboden 13 weist eine Unterhälfte 17 und eine Oberhälfte 18 auf, so dass von der Unterhälfte 17 und der Oberhälfte 18 eine Teilfuge 19 ausgebildet ist. Die Unterhälfte 17 und die Oberhälfte 18 sind im Wesentlichen geometrisch gleich ausgebildet, so dass die Teilfuge 19 in einer Ebene liegt, in der die Drehachse 24 des Radialturboverdichters 11 angesiedelt ist. Die

Unterhälfte 17 weist eine Teilfugenfläche 20 und die Oberhälfte 18 weist eine Teilfugenfläche 21 auf, wobei die Teilfugenflächen 20, 21 in ihrem Umriss identisch ausgebildet sind, so dass, wenn die Unterhälfte 17 an die Oberhälfte 18 unter Ausbildung der Teilfuge 19 angelegt ist, die Teilfugenflächen 20 und 21 sich vollständig überdecken.

In Fig. 3 ist eine Draufsicht der Teilfugenfläche 20 der

Unterhälfte 17 gezeigt. Im Innenbereich der Teilfugenfläche 20 ist eine Mulde 22 vorgesehen, deren Umrandung von der Umrandung der Teilfugenfläche 20 stets im Abstand angeordnet ist. So ist die Mulde 22 vollständig von der Teilfugenfläche 20 umgeben. In der Mulde 22 ist eine Honeycomb-Schicht 23 untergebracht, die die Mulde 22 vollständig ausfüllt. Wie es in Fig. 6 und 7 gezeigt ist, ist die Honeycomb-Schicht 23 aus Blechstreifen 25 aufgebaut, die wellenartig geformt sind und unter Ausbildung von Waben zusammengefügt sind. An der Umrandung der Mulde 22 ist ein Lot 27 vorgesehen, mit dem die Honeycomb-Schicht 23 in der Mulde 22 befestigt ist.

Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, hat die Honeycomb-Schicht 23 eine Steghöhe 28, die größer ist als die Tiefe der Mulde 22. Dadurch ergibt sich an der Honeycomb-Schicht 23 ein Überstand 29, der von der Teilfugenfläche 20 vorsteht. Die im Montagezustand des Gehäusezwischenbodens 13 der Teilfugenfläche 20 der Unterhälfte 17 zugewandte Teilfugenfläche 21 der Oberhälfte 18 weist eine Mulde 30 auf, deren Umrandung parallel zu der Umrandung der Mulde 22 verläuft. Tendenziell ist die Mulde 30 in ihrer Erstreckung entlang der Teilfugenfläche 21 größer ausgebildet als die Mulde 22, so dass die Mulde 30 die Mulde 22 vollständig überdeckt. Dadurch ist es unterbunden, dass die Honeycomb- Schicht 23, die in der Mulde 22 angeordnet ist, mit dem Rand der Mulde 30 und der Teilfugenfläche 20 in Kontakt kommt.

In der Mulde 30 ist eine Spritzschicht 31 vorgesehen, die die Mulde 30 vollständig ausfüllt. Die Tiefe der Mulde 30 ergibt eine Schichtdicke 32, die fertigungsbedingt entweder gleich dem Überstand 29 oder größer ausgebildet ist. Beim Montieren des Gehäusezwischenbodens 13 wird die Oberhälfte 18 mit ihrer Teilfugenfläche 21 auf die Teilfugenfläche 20 der Unterhälfte 17 gesetzt, wobei die Mulden 22 und 30 zur Überdeckung kommen. Aufgrund des Überstands 29 der an der Mulde 22 vorgesehenen Honeycomb- Schicht 23 trägt sich diese in die Spritzschicht 31 ein. Dadurch ist in der Teilfuge 19 mit der Honeycomb-Schicht 23 und der Spritzschicht 31 eine dichte und stabile Konfiguration geschaffen.