RADIALVERDICHTER MIT RADIALEM SPALT ZWISCHEN LAUFRAD-RADSCHEIBE (ODER LAUFRADDECKSCHEIBE) UND GEHÄUSE

Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter, mit einem in einem Gehäuse aufgenommenen antreibbaren Laufrad, das eine Radscheibe, eine Deckscheibe und dazwischen angeordnete

Schaufeln aufweist.

Derartige Radialverdichter werden z. B. in Kompressoren eingesetzt und bestehen aus dem eine Verdichterstufe bildenden um eine Drehachse rotierenden Laufrad, das einen axialen Eintritt und einen radialen Laufradaustritt aufweist.

Das Laufrad weist bezüglich seiner Drehachse umlaufend ange ^¬ ordnete Laufradschaufeln auf, die zwischen der Radscheibe und der Deckscheibe aufgenommen sind. Zwischen den Schaufeln sind Laufradkanäle gebildet, die von einem zu verdichtenden Gas durchströmbar sind. Das zu verdichtende Gas strömt axial in das Laufrad der Verdichterstufe und wird nach dem Durchströ ^¬ men der Laufradkanäle radial nach außen abgelenkt, wobei es mit hoher Geschwindigkeit aus dem Laufrad austritt. Die kine ^¬ tische Energie des mit hoher Geschwindigkeit austretenden Ga ^¬ ses wird in einem Diffusor in potenzielle Energie in Form von Druck umgewandelt.

Zwischen der Innenseite des Gehäuses und der Außenseite der Deckscheibe und der Radscheibe sind Freiräume gebildet, die als Radseitenräume bezeichnet werden. Bei Radialverdichtern können in diesen Radseitenräumen akustische Moden auftreten, die durch charakteristische Eigenformen und zugehörige Eigen frequenzen charakterisiert sind. In Abhängigkeit der Geome ^¬ trie der Radseitenräume können sich derartige akustische Mo ^¬ den über einen Radseitenraum oder gekoppelt über beide Radseitenräume erstrecken. Derartige Kopplungen akustischer Moden sind kritisch, da sie einen Phasenwechsel von 180° zwi ^¬ schen den Radseitenräumen bewirken und die auf die Radscheib einwirkende und diese zu Schwingungen anregende Kraft nähe- rungsweise verdoppelt wird. Diese hohe, verdoppelte Anre ^¬ gungskraft kann unter ungünstigen Umständen zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Laufrads führen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Radial ^¬ verdichter anzugeben, der so ausgebildet ist, dass keine Kopplung akustischer Moden stattfindet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Radialverdichter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Laufrad und ein Übergangsbereich zwischen Radseitenraum und Laufradaustritt so ausgebildet sind, dass die folgende Un ^¬ gleichung erfüllt ist: s/b^Fd, wobei s ein mittlerer Abstand in Radialrichtung zwischen der Außenkante einer Radscheibe oder einer Deckscheibe und dem Gehäuse, b die axiale Breite der Radscheibe und/oder der Deckscheibe, F ein Faktor und d der lichte axiale Abstand zwischen der Radscheibe und der Deckscheibe ist. Dieser Faktor ist empirisch ermittelt und wird daher auch als empirischer Faktor F bezeichnet - kurz: Faktor.

Im Rahmen der Erfindung wurde eine günstige konstruktive Ge ^¬ staltung des Übergangsbereichs zwischen Radseitenraum und Laufradaustritt entwickelt, wodurch eine gezielte Entkopplung der akustischen Moden in den beiden Radseitenräumen erreicht wird. Mittels der erwähnten Ungleichung werden die Parameterbereiche für den mittleren Abstand in Radialrichtung zwischen der Außenkante einer Radscheibe bzw. einer Deckscheibe, die axiale Breite der Radscheibe und/oder der Deckscheibe sowie der lichte axiale Abstand zwischen der Radscheibe und der Deckscheibe eingeschränkt.

Es wurde herausgefunden, dass bei Einhaltung der durch die Ungleichung definierten Parameter keine Kopplung akustischer Moden eintritt. Dementsprechend wird das Potenzial für Anre ^¬ gungen des Laufrads näherungsweise halbiert, wodurch das Ri ^¬ siko des Auftretens von Laufradschäden beträchtlich verringert werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Radialverdichter ist F ein empirischer Faktor, der vorzugsweise einen Wert zwischen 0,019 und 0,021 aufweist, jeweils pro Längeneinheit. In den Gleichun- gen, die mit der vorliegenden Erfindung offenbart sind, weisen alle Längenparameter identische Längeneinheiten auf, z. B. die Längeneinheit Millimeter. Es wird besonders bevorzugt, dass der empirische Faktor F 0,02 [1/LE] beträgt. Optional kann auch für einen Radius, das heißt eine Rundung der inneren Gehäusekontur, ein Wertebereich festgelegt werden, gegebenenfalls in Abhängigkeit eines oder mehrerer der in der Ungleichung enthaltenen Parameter. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass s das arithmetische Mittel eines ersten radialen Abstands sl zwischen der Außenkante der Radscheibe oder der Deckscheibe und dem Gehäuse und eines zweiten radialen Abstands s2 zwischen der Innenkante derselben Radscheibe oder Deckscheibe und dem Ge- häuse ist, gemäß der Gleichung s=(sl+s2)/2.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei ^¬ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Ansicht eines Details eines er ^¬ findungsgemäßen Radialverdichters; und

Fig. 2 ein Detail von Fig. 1 im Bereich des Übergangs zwi- sehen Radseitenraum und Laufradaustritt.

In der geschnittenen Ansicht von Fig. 1 ist ein Detail eines Radialverdichters 1 dargestellt, aufgrund der Symmetrie ist lediglich ein Teil der oberen Hälfte des Radialverdichters 1 gezeigt.

Der Radialverdichter 1 umfasst ein Gehäuse 2, in dem ein antreibbares, auf einer Welle (nicht gezeigt) angeordnetes Laufrad 3 aufgenommen ist. Das Laufrad 3 umfasst eine Rad ^¬ scheibe 4, eine von dieser axial beabstandete Deckscheibe 5 sowie dazwischen angeordnete Schaufeln, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind.

Das Laufrad 3 weist eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, kurvenförmigen Schaufeln auf, die ein in der durch einen Pfeil 6 gekennzeichneten Axialrichtung einströmendes Gas in Radialrichtung 7 umlenken und beschleuni- gen.

Zwischen der Innenseite des Gehäuses 2 und der Außenseite der Radscheibe 4 und der Deckscheibe 5 sind Radseitenräume 8, 9 gebildet. In Radialrichtung schließt sich an einen Laufradau- stritt 10 ein Strömungskanal 11 an, in den das beschleunigte Gas einströmt.

Zwischen den Radseitenräumen 8, 9 und dem Strömungskanal 11 sind Übergangsbereiche 12, 13 gebildet, in denen die Innen- wandung des Gehäuses 2 abgerundet ist und sich die axiale Breite verringert.

Bei herkömmlichen Radialverdichtern besteht die Gefahr, dass in den Radseitenräumen akustische Moden auftreten. Besonders kritisch ist ein Zustand, in dem die akustischen Moden beider Radseitenräume gekoppelt sind. Dabei besteht ein Phasenunter ^¬ schied von 180° zwischen den akustischen Moden der beiden Radseitenräume, wodurch eine auf das Laufrad einwirkende An ^¬ regungskraft näherungsweise verdoppelt wird.

Der in Fig. 1 gezeigte Radialverdichter 1 ist konstruktiv so gestaltet, dass in den Übergangsbereichen 12, 13 zwischen den Radseitenräumen 8, 9 und dem sich daran radial anschließenden Strömungskanal 11 eine Entkopplung akustischer Moden erreicht wird. Diese Entkopplung wird dadurch erzielt, dass der Werte ^¬ bereich geometrischer Parameter beschränkt ist. Diese Parameter umfassen einen mittleren Abstand s in Radialrichtung zwischen der Außenkante der Radscheibe 4 und dem Gehäuse 2, die axiale Breite b der Radscheibe 4 sowie den lichten axialen Abstand d zwischen der Radscheibe 4 und der Deckscheibe 5. Es wurde herausgefunden, dass diese Parameter die folgende Ungleichung erfüllen müssen: s/b^Fd, wobei F ein empirischer Faktor ist, der in diesem Ausführungsbeispiel den Wert 0,02 (pro Längeneinheit) besitzt.

Fig. 2 zeigt den Übergangsbereich 12 in einem vergrößerten Maßstab.

Der mittlere Abstand s ist das arithmetische Mittel eines ersten radialen Abstands sl zwischen der Außenkante der Radscheibe 4 und dem Gehäuse 2 und eines zweiten radialen Ab ^¬ Stands s2 zwischen der Innenkante der Radscheibe 4 und dem Gehäuse 2, gemäß der Gleichung s=(Sl+S2)/2. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Radscheibe und die Deckscheibe dieselbe Dicke aufweisen, könnte auch die Deckscheibe zur Berechnung des Abstands s herangezogen werden. Bei Erfüllung der erwähnten Ungleichung werden akustische Moden in den beiden Radseitenräumen 8, 9 bzw. in den Übergangsbereichen 12, 13 gezielt entkoppelt, so dass die potenziell auf das Laufrad 3 einwirkenden Kräfte halbiert werden, wo ^¬ durch die Gefahr von Laufradschäden beträchtlich verringert wird.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge- schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .