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Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine und ein Verfahren zum Kühlen von mindestens einem Bauteil einer solchen sowie eine Verwendung eines verdichteten Prozessmediums zur Kühlung mindestens des Bauteils der Strömungsmaschine.
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Aus dem Stand der Technik sind so genannte Kältekreislaufverdichter bekannt. Solche Maschinen weisen oft mehrere Prozessstufen und einen Motor mit Welle, aber auch Lager verschiedenster Lagertypen und Dichtungen auf. Zum betriebsgemäßen und sicheren Funktionieren weisen solche Maschinen zusätzlich zu dem bestimmungsgemäßen Kühlkreislauf weitere Kühlkreisläufe, wie den des Motors oder den für Schmierstoffe, auf. Bei solchen vielteiligen und komplexen Konstruktionen kann es zu zahlreichen Problemen kommt, wie beispielsweise zu Verunreinigungen des Prozessmediums mit Schmierstoff oder einem Entweichen des Prozessmediums durch Versagen von Dichtungen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Strömungsmaschine und ein Verfahren zum Kühlen mindestens eines Bauteils der Strömungsmaschine bereitzustellen, bei der bzw. bei dem ein hoher Wirkungsgrad und Sicherheitsstandard der Strömungsmaschine unter Einsparung von Bauteilen, Montageaufwand und Kosten erreicht werden kann.
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Ferner ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung eine Verwendung eines von einer Strömungsmaschine verdichteten Prozessmediums zur Kühlung mindestens eines Bauteils der Strömungsmaschine bereit zu stellen.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst mit einer Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und einer Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung.
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Die Erfindung geht aus von einer Strömungsmaschine mit zumindest einem Prozessraum, zumindest einem Einströmbereich und zumindest einem Ausströmbereich, zwischen welchen ein den zumindest einen Prozessraum durchströmendes Prozessmedium von einem ersten geringeren Druck in einem Einströmbereichs auf einen zweiten höheren Druck in einem Ausströmbereichs verdichtet wird, sowie mit einem Strömungsmaschinenkühlkreislauf zur Kühlung mindestens eines Bauteils der Strömungsmaschine.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Strömungsmaschinenkühlkreislauf derart ausgebildet ist, dass zumindest ein Teil des Prozessmediums zur Kühlung des mindestens einen Bauteils von einem Ausströmbereich zu einem Einströmbereich führbar ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann das verdichtete Prozessmedium Bauteil, Montageaufwand und Kosten sparend zur Kühlung der Strömungsmaschine selbst verwendet werden. Hierdurch ergibt sich ferner eine besonders kompakte und effiziente Strömungsmaschine.
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Eine Strömungsmaschine stellt hier insbesondere jede, vom Fachmann für einsetzbar erachtete Maschine dar, wie einen Kompressor, eine Turbine, wie bspw. eine Gasturbine, einen Axialverdichter oder einen Radialverdichter. In diesem Zusammenhang soll unter einem Prozessraum ein Bereich, ein Raum und/oder eine Folge und/oder Gesamtheit von Räumen im Inneren der Strömungsmaschine verstanden werden, in dem/in denen ein Arbeitsprozess, wie ein Verdichten und/oder eine Expansion eines Prozessmediums erfolgt, wie beispielsweise ein Fluid, ein Gas, Dampf, eine Flüssigkeit. Bevorzugt ist der Einströmbereich in einem Anfangsbereich und der Ausströmbereich in einem Endbereich des Prozessraums, bezogen auf einen Verdichtungsprozess des Prozessmediums, angeordnet. Möglich ist auch, die Anordnung des Einströmbereichs in einem Anfangsbereich eines ersten Teils (Raums) des Prozessraums und des Ausströmbereichs in einem Endbereich eines zweiten Teils (Raums) des Prozessraums, bezogen auf einen Verdichtungsprozess des Prozessmediums. Unter der Wendung „erster geringerer Druck“ soll ein Druck verstanden werden, der kleiner ist, als ein Druck im Ausströmbereich, folglich kleiner als der zweite höhere Druck.
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Es wird zudem vorgeschlagen, dass ein Einströmbereich und ein Ausströmbereich an einer Prozessstufe, beispielsweise umfassend ein Laufrad und ausgebildet als eine Verdichterstufe, angeordnet ist. Bevorzugt weist die Strömungsmaschine eine erste Prozessstufe und zumindest eine zweite Prozessstufe auf, wobei insbesondere vorteilhaft ein Einströmbereich an der ersten Prozessstufe, aufweisend den geringeren Druck, und ein Ausströmbereich an der zumindest zweiten Prozessstufe, aufweisend den höheren Druck, angeordnet ist.
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Ferner soll unter einem Strömungsmaschinenkühlkreislauf ein Kühlkreislauf verstanden werden, der zumindest einen Bereich und/oder insbesondere zumindest ein spezielles Bauteil der Strömungsmaschine kühlt. Unter dem Strömungsmaschinenkühlkreislauf soll insbesondere nicht der bestimmungsgemäße Prozesskreislauf und/oder Kühlkreislauf der Strömungsmaschine verstanden werden. Dieser bestimmungsgemäße Prozesskreislauf kühlt ein sich extern zur Strömungsmaschine befindliches Objekt, wie beispielsweise ein Medium, wie Luft Wasser oder ähnliches, einen (Gebäude-, Schrank- etc.) Raum, das/der durch den vollständigen Prozesskreislauf der Strömungsmaschine gekühlt wird. Der bestimmungsgemäße Prozesskreislauf ist insbesondere ein Anteil eines Fernkühlungssystems zur Kühlung eines oder mehrere Wohnhäuser, Geschäftshäuser, Wohngebiete, Industriegebiete, eines Krankenhauses etc. und/oder industrieller Anlagen, wie einer Gasturbine. Eine Verwendung desselben Prozessmediums und/oder Kühlmittels für beide Kreisläufe (Strömungsmaschinenkühlkreislauf und Prozesskreislauf) schränkt die oben stehende Definition nicht ein. Weist ein entsprechendes Bauteil, insbesondere gemäß des Standes der Technik, einen eigenen Kühleinheit auf, repräsentiert diese Kühleinheit hier den Strömungsmaschinenkühlkreislauf. Hierbei kann sich nun insbesondere vorteilhaft ergeben, dass diese Kühleinheit somit einstückig mit dem Prozesskreislauf der Strömungsmaschine ausgebildet ist. Unter „einstückig“ soll hier verstanden werden, dass die Kühleinheit und der Prozesskreislauf denselben Kreislauf aufweisen und/oder deren Kreisläufe von demselben Kreislauf gebildet sind und/oder die Kühleinheit und der Prozesskreislauf nur unter Funktionsverlust zumindest eines der Elemente (Einheit oder Kreislauf) voneinander getrennt werden können.
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Vorteilhafterweise ist durch den Strömungsmaschinenkühlkreislauf zwischen dem Ausströmbereich (Bereich mit hohem Druck) und dem Einströmbereich (Bereich mit niedrigem Druck) ein Kühlstrom eines Kühlmediums erzeugbar. Bevorzugt ist das Kühlmedium das Prozessmedium. Unter der Wendung „zu einem Einströmbereich führbar“ soll insbesondere auch „in Richtung zu einem Einführbereich“ verstanden werden.
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Das zumindest eine Bauteil der Strömungsmaschine, welches insbesondere durch den Strömungsmaschinenkühlkreislauf kühlbar ist, kann von jedem, dem Fachmann für sinnvoll bzw. kühlbar erachteten Bauteil gebildet sein. Es wird jedoch bevorzugt vorgeschlagen, dass das zumindest eine Bauteil ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Lager, einer Dichtung und einer Motoreinheit. Durch diese Realisierung können in der Strömungsmaschine üblich vorkommende Bauteile konstruktiv einfach sowie Montageaufwand und Platz sowie Bauteil und Kosten sparend gekühlt werden. Hierbei können die Dichtung und/oder das Lager von jeder, dem Fachmann für einsetzbar erachteten Bauart sein und beispielsweise eine Ring-, eine Gas- und/oder eine Labyrinthdichtung sowie ein Kugel-, ein Gas-, ein Gleit-, ein Nadel-, ein Wälz- und/oder ein Magnetlager aufweisen. Grundsätzlich kann das Bauteil auch von einem Bereich der Strömungsmaschine gebildet sein, in dem beispielsweise Wärme entsteht und/oder sich anstaut. Dies kann zum Beispiel durch Reibungsverluste geschehen und eine Spalt sein, insbesondere zwischen einem Rotor und einem Stator.
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Bevorzugt umfasst die Strömungsmaschine eine Motoreinheit, wobei die Motoreinheit zumindest eine Welle aufweist, welche über zumindest ein Magnetlager gelagert ist. Mittels eines Magnetlagers kann eine Lagerung bereitgestellt werden, mit der die Strömungsmaschine einen geringen Energiebedarf aufweist. Ferner kann das Lager in Bezug auf die Welle kontaktlos, also mit einem Radialspalt zu dieser, ausgeführt werden, wodurch der Betrieb gegenüber Konstruktionen des Standes der Technik mit geringerer Reibung erfolgt. Die Entstehung von hohen Temperaturen wird dadurch vorteilhaft verhindert, wodurch im Vergleich zum Stand der Technik weniger Wärme abgeführt werden muss. Zudem kann im Vergleich zu Konstruktionen des Standes der Technik ein Spiel (der Radialspalt) zwischen stationären und rotierenden Teilen der Strömungsmaschine geringer gestaltet werden, da Wärmeausdehnungen und Differenzdehnungen der Bauteile vernachlässigbar sind. Hierdurch kann auch ein Wirkungsgrad der Strömungsmaschine erhöht werden. Ferner arbeitet ein solches Lager frei von Schmiermitteln, wodurch auch Verschmutzung und insbesondere Verunreinigungen des Prozessmediums eliminiert werden und auf ein Kühlöl-Schmiersystem gemäß des Standes der Technik komplett verzichtet werden kann. Damit entfallen auch montage- kosten- und wartungsintensive Ölschmiersysteme, wie Pumpen, Filter und Ölbehälter. Auch auf spezielle Dichtungen, wie bspw. eine Gleitringdichtung, kann vorteilhaft verzichtet werden.
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Die Strömungsmaschine weist zudem ein elektronisches Regelsystem auf, das zur Regelung der Position der Welle bzw. eines Rotors dient. Hierfür weist jedes Magnetlager Sensoren auf, die eine vorab definierte Normalposition der Welle überwachen. Bei einer erkannten Abweichung der Welle von seiner Normalposition wird veranlasst, dass Strom auf die Elektromagnete des Magnetlagers geleitet wird, um die Welle wieder in die Normalposition zurück zu führen. Hierdurch können zwei Funktionen, nämlich die einer Kontrolle der Position der Welle bzw. eine Wellenüberwachung und die der Korrektur der Position der Welle, in einer Einheit vereint werden.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn das zumindest eine Magnetlager ein Axiallager ist, wodurch eine besonders präzise Wellenpositionierung erfolgen kann. In einer weiteren und/oder alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Magnetlager ein Radiallager ist. Hierdurch kann eine besonders zuverlässige Lagerung bereitgestellt werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Welle mit zumindest einem zweiten Magnetlager gelagert ist. Mittels dieser Realisierung kann eine hohe Steifigkeit der Lagerung der Welle erzielt werden. Zudem kann die Welle so besonders exakt und gleichmäßig ausgerichtet werden.
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Des Weiteren ist es denkbar, dass das Magnetlager als ein Axiallager und das zumindest zweite Magnetlager als ein Radiallager ausgebildet ist. Hierdurch wird die Welle konstruktiv einfach genau und zuverlässig positioniert. Ferner kann so, insbesondere gegenüber Konstruktionen des Standes der Technik, mit einer hohen Umfangsgeschwindigkeit gearbeitet werden, was ein Erreichen einer optimalen Betriebsdrehzahl ermöglicht.
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Bevorzugt ist das Magnetlager und das zumindest zweite Magnetlager ein Bestandteil eines Radial-/Axiallagers, wodurch eine verlässliche Lagerung und Führung der Welle erfolgt sowie ein Konstruktionsaufwand minimiert werden kann, da für beide Lagerstellen bzw. Lager dieselbe Konstruktion Verwendung finden kann. Des Weiteren kann es in einer alternativen Ausgestaltung vorteilhaft sein, wenn das Magnetlager als ein Radiallager und das zumindest zweite Magnetlager ein Bestandteil eines Radial-/Axiallagers ist. Durch das fehlende zweite Radial-Axiallager und somit einer zweiten Axialscheibe können Platz, Bauteile und Kosten eingespart werden. Insbesondere kann die Welle so, im Vergleich zu dem Aufbau mit zwei Radial-/Axiallagern, kürzer ausgeführt werden.
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In einer bevorzugten Realisierung weist die Motoreinheit zumindest einen Motor auf, welcher gekapselt ist. Hierdurch kann verhindert werden, dass Stoffe, die/der sich in einem Motorraum der Motoreinheit befinden oder dort freigesetzt werden, aus diesem austreten können. Ein besonders zuverlässiger und sicherer Betrieb der Strömungsmaschine kann vorteilhaft erreicht werden, wenn der Motor druckfest gekapselt ist. Dadurch kann ein Umfeld des Motorraums in einem Defektfall des Motors verlässlich geschützt werden. Zudem ist ein Entweichen des Prozessmediums bzw. des Kältemittels in die Atmosphäre durch einen Dichtschaden ausgeschlossen.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die Strömungsmaschine zumindest ein weiteres Lager umfasst, welches im Defektfall zumindest eines Magnetlagers als Fanglager dient. Durch diese Ausgestaltung kann ein hoher Sicherheitsstandard der Strömungsmaschine erreicht werden. Das Lager kann hierbei von jeder, dem Fachmann für einsetzbar erachteten Bauart sein, und kann beispielsweise von einem Kugel-, einem Gas-, einem Gleit-, einem Nadel- und/oder einem Wälzlager gebildet sein. Bevorzugt ist das Fanglager ein trocken geschmiertes Lager und besonders vorteilhaft ein trocken geschmiertes Wälzlager, wodurch vorteilhaft auf das Prozessmedium verschmutzende Fett- und Ölstoffe verzichtet werden kann.
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In einer bevorzugten Realisierung ist die Strömungsmaschine ein Radialverdichter, wodurch eine besonders kompakte Bauart zum Einsatz kommen kann.
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Die Erfindung geht zudem aus von einem Verfahren zu einer Kühlung einer Strömungsmaschine bei der ein Prozessmedium durch die Strömungsmaschine verdichtet wird und mindestens ein Bauteil der Strömungsmaschine unter Verwendung des durch die Strömungsmaschine verdichteten Prozessmediums oder zumindest eines Teils davon gekühlt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann das verdichtete Prozessmedium Bauteil, Montageaufwand und Kosten sparend zur Kühlung der Strömungsmaschine selbst verwendet werden. Hierdurch ergibt sich ferner ein besonders effizientes Verfahren zur Kühlung der Strömungsmaschine.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zudem zum Betreiben des Strömungsmaschinenkühlkreislaufs der Strömungsmaschine zwischen dem Ausströmbereich (Bereich mit hohem Druck) und dem Einströmbereich (Bereich mit niedrigem Druck), wobei mit dem Strömungsmaschinenkühlkreislauf ein Kühlstrom des Kühlmediums erzeugt wird. Eine bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass zur Kühlung des mindestens einen Bauteils zumindest ein Teil des Prozessmediums von einem Ausströmbereich zumindest eines Prozessraums der Strömungsmaschine zu einem und/oder in Richtung eines Einströmbereich(s) zumindest eines Prozessraums der Strömungsmaschine geführt wird. Hierdurch kann der Prozess der Expansion des Prozessmediums konstruktiv einfach zur Kühlung des mindestens einen Bauteils verwendet werden.
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Des Weiteren geht die Erfindung aus von einer Verwendung eines von einer Strömungsmaschine verdichteten Prozessmediums oder zumindest eines Teils davon zur Kühlung mindestens eines Bauteils der Strömungsmaschine. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird das im Prozesskreislauf vorhandene Prozessmedium für einen weiteren Aspekt benutzt.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch ein günstiges Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine,
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2 die Lageranordnung der Strömungsmaschine aus 1 in einer schematischen Darstellung,
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3 der Prozesskreislauf und der Strömungsmaschinenkühlkreislauf der Strömungsmaschine aus 1 in einer schematischen Darstellung,
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4 eine erste alternative Lageranordnung in einer schematischen Darstellung,
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5 eine zweite alternative Lageranordnung in einer schematischen Darstellung,
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6 eine dritte alternative Lageranordnung in einer schematischen Darstellung,
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7 einen Schnitt durch eine Strömungsmaschine mit einem alternativen gesonderten Anschluss zwischen einer Verdichterstufe und einem Motorraum,
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8 einen Schnitt durch eine Strömungsmaschine mit einem alternativen internen Anschluss zwischen einer Verdichterstufe und einem Motorraum,
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9 einen Schnitt durch eine Strömungsmaschine mit einem weiteren alternativen internen Anschluss zwischen einer Verdichterstufe und einem Motorraum und
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10 einen Schnitt durch eine Strömungsmaschine mit einem vierten alternativen Anschluss zwischen einer Verdichterstufe und einem Motorraum.
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1 zeigt einen Schnitt durch ein günstiges Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine 10, die als ein Radialverdichter 48 ausgebildet ist. Die Strömungsmaschine 10 weist eine Motoreinheit 30 auf, die einen Motor 44 umfasst, der in einem Motorraum 50 druckfest gekapselt ist. Zudem weist die Motoreinheit 30 eine von dem Motor 44 antreibbare Welle 32 auf. An den Wellenenden 52, 52’ der Welle 32 ist je eine Prozessstufe bzw. Verdichterstufe 54, 54’ mit einem Laufrad 56 und einem Spiralgang 58 angeordnet. Jede Prozessstufe 54, 54’ weist in ihrem Inneren einen Raum 60 auf, wobei die Räume 60 der Verdichterstufen 54, 54’ in ihrer Gesamtheit einen Prozessraum 12 der Strömungsmaschine 10 bilden. Der Prozessraum 12 und der Motorraum 50 sind zu einer Abdichtung mit Dichtungen 28 versehen.
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Die Welle 32 der Motoreinheit 30 ist über zahlreiche Lager 26 gelagert. Hierbei ist je eine Lagergruppe 62 an den beiden axialen Enden 64, 64’ des Motors 44 angeordnet. Jede Lagergruppe 62 weist zwei Magnetlager 34, 36 bzw. ein Axiallager 38 und ein Radiallager 40 auf. Bei jeder Lagergruppe 62 sind, gesehen in Richtung vom Motor 44 zu der jeweiligen Verdichterstufe 54, 54’, je eine Axialscheibe 66, das Axiallager 38, das Radiallager 40 und ein Fanglager 46 angeordnet. Somit weist die Lagerung zwei identisch ausgeführte Radial-/Axiallager 42 mit Axialscheibe 66 auf. Diese Lageranordnung der Strömungsmaschine 10 ist in 2 schematisch gezeigt. Das Fanglager 46, das als ein trocken geschmiertes Wälzlager ausgeführt ist, dient im abgeschalteten Zustand der Magnetlager 34, 36 als Ruhelager und im Defektfall eines der Magnetlager 34, 36 als Sicherheitslager.
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Jede Verdichterstufe 54, 54’ umfasst einen Einströmbereich 14 im Bereich des Laufrads 56 und einen Ausströmbereich 16 am Ende des Spiralgangs 58 (nicht im Detail gezeigt). Jeweils zwischen dem Einströmbereich 14 und dem Ausströmbereich 16 durchströmt ein Prozessmedium 18, wie beispielsweise ein Gas und/oder Kältemittel, wie etwa Tetrafluorethan (R134a) oder NH3 den Prozessraum 12. Dieses wird im Betrieb der Strömungsmaschine 10 von einem ersten geringeren Druck p1 in dem Einströmbereich 14 auf einen zweiten höheren Druck p2 in dem Ausströmbereich 16 verdichtet.
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Die Strömungsmaschine 10 ist Bestandteil eines Prozesskreislaufs 68 eines Fernkühlungssystems, der bzw. das zur Kühlung eines Objekts 70, wie beispielsweise eines Wohnhauses dient. Dieser Prozesskreislauf 68 ist schematisch in 3 dargestellt. Die Strömungsmaschine 10 verdichtet das Prozessmedium 18 von dem ersten geringen Druck p1 zu dem zweiten höheren Druck p2. Das so verdichtete Prozessmedium 18 weist eine erhöhte Temperatur auf und gibt seine Wärme an eine Umgebung 72, wie beispielsweise einen Außenbereich ab. Hierbei wird das Prozessmedium 18 über einen nicht näher gezeigten Kondensator verflüssigt. Danach wird es einer Drossel bzw. einem Expansionsventil 74 zugeführt und durch dieses wird der zweite höhere Druck p2 auf den ersten geringeren Druck p1 vermindert. Hierdurch verringert sich die Temperatur des Prozessmediums 18 und es kann Wärme aus dem zu kühlenden Objekt 70 aufnehmen, wodurch dieses Objekt 70 wiederum gekühlt wird. Dabei wird das Prozessmedium 18 mittels eines nicht näher gezeigten Verdampfers in seine Gasphase überführt. Nun wird das Prozessmedium 18, aufweisend den ersten geringeren Druck p1, wieder der Strömungsmaschine 10 zugeführt und ein Prozesszyklus ist abgeschlossen bzw. der Prozesskreislauf 68 beginnt von neuem.
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Die Strömungsmaschine 10 weist zudem einen Strömungsmaschinenkühlkreislauf 20 zur Kühlung mehrerer Bauteile 22 der Strömungsmaschine 10 auf. Diese Bauteile 22 werden gebildet von den Lagern 26 (Magnetlager 34, 36, Fanglager 46), den Dichtungen 28 und der Motoreinheit 30 mit dem Motor 44. Der Strömungsmaschinenkühlkreislauf 20 ist derart ausgebildet, dass ein Teil 24 des Prozessmediums 18 zur Kühlung der Bauteile 22 von dem Ausströmbereich 16 der Verdichterstufe 54’ zu dem Einströmbereich 14 der Verdichterstufe 54 führbar ist. Dies ist schematisch in 3 für den Motor 44 der Motoreinheit 30 gezeigt, wobei der Strömungsmaschinenkühlkreislauf 20 und der Motor 44 aus Gründen der Übersichtlichkeit außerhalb der Strömungsmaschine 10 gezeichnet sind.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zu einer Kühlung der Strömungsmaschine 10, bei der das Prozessmedium 18 durch die Strömungsmaschine 10 verdichtet wird, beschrieben. Bei diesem Verfahren werden die Bauteile 22 der Strömungsmaschine 10 unter Verwendung des durch die Strömungsmaschine 10 verdichteten Prozessmediums 18 bzw. eines Teils 24 davon gekühlt. Somit wird auch eine Verwendung eines von der Strömungsmaschine 10 verdichteten Prozessmediums 18 zur Kühlung der Bauteile 22 der Strömungsmaschine 10 beschrieben.
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Gemäß des Verfahrens wird also zur Kühlung der Bauteile 22 der Teil 24 des Prozessmediums 18 vorbei an den Bauteilen 22, wie beispielsweise dem Motor 44 der Motoreinheit 30, geführt (vgl. 3). Hierzu weist die Strömungsmaschine 10 einen gesonderten Anschluss 76 in der Form einer nicht im Detail gezeigten Rohrleitung zwischen der Verdichterstufe 54’ und dem Motorraum 50 auf. Der Anschluss 76 verbindet zwei Ausnehmungen 78, 80, wobei die Ausnehmung 78 in einem Gehäuse des Spiralgangs 58 der Verdichterstufe 54’ und die Ausnehmung 80 einem Gehäuse des Motorraums 50 angeordnet ist. Zudem umfasst der Anschluss 76 eine fest eingestellte Blende 82. Diese Blende 82 kann in der Rohrleitung oder direkt in einer der Ausnehmungen 78, 80 angeordnet sein. Der Teil 24 des Prozessmediums 18 tritt durch die Ausnehmung 78 aus und im Bereich des Wellenendes 52’ durch die Ausnehmung 80 in den Motorraum 50 ein. Das Prozessmedium 18 durchströmt nun den Motorraum 50 bzw. strömt am Motor 44 zu dessen Kühlung vorbei und tritt im Bereich des Wellenendes 52 an einer Ausnehmung 84 im Gehäuse des Motorraums 50 aus diesem wieder aus (siehe Pfeile mit Bezugszeichen 18, 24).
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Durch den Durchtritt durch die entsprechend ausgeführte Blende 82 expandiert sich das Prozessmedium 18 von dem zweiten höheren Druck p2 zu dem ersten geringeren Druck p1. Dadurch erreicht es eine geringe Temperatur T (dargestellt durch den hinab weisenden Pfeil am Buchstaben T) und kann Wärme der Bauteile 22 aufnehmen und dient somit zu deren Kühlung. Wegen einer Verslustleistung durch die Bauteile 22 bzw. den Motor 44 kann das Prozessmedium 18 nach dem Kühlprozess eine höhere Temperatur erreicht haben, wie es vor dem Austritt aus dem Spiralgang 58 hatte. Bei der Auslegung der Strömungsmaschine 10 muss eine erforderliche Kühlleistung für die Bauteile 22 mit in die Gesamtleistung der Strömungsmaschine 10 bzw. des Prozesskreislaufs 68 eingerechnet werden. Dies wird der Fachmann aufgrund seiner Fachkenntnis selbsttätig tun.
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In den 4 bis 10 sind alternative Ausführungsbeispiele der Lageranordnung oder des Anschlusses 76 zwischen der Verdichterstufe 54’ und dem Motorraum 50 dargestellt. Im Wesentlichen sind gleich bleibende Bauteile, Merkmale und Funktionen grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele der 4 bis 10 zu dem in den 1 bis 3 sind jedoch den Bezugszeichen der in den Ausführungsbeispielen der 4 bis 10 voneinander abweichend ausgeführten Bauteile die Buchstaben a bis g hinzugefügt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 verwiesen werden kann.
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In 4 ist eine Welle 32 einer nicht im Detail gezeigten Strömungsmaschine mit einer ersten alternativen Lageranordnung schematisch dargestellt. Der Unterschied zu der Lageranordnung 62 der 1 bis 3 ist eine geänderte Abfolge von Lagern 26 von zwei Lagergruppen 62a. Jede Lagergruppe 62a ist von zwei Magnetlagern 34, 36 bzw. einem Radial-/Axiallager 42 und einer Axialscheibe 66 gebildet. Die Abfolge der Lager 26 ist hierbei je Lagergruppe 62a ein Radiallager 40, ein Axiallager 38 und eine Axialscheibe 66 (Gesehen wie in den 1 bis 3 in Richtung von einem hier nicht gezeigten Motor zu der jeweiligen nicht gezeigten Verdichterstufe. Das Fanglager ist hier nicht gezeigt.).
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5 zeigt schematisch eine Welle 32 einer nicht im Detail gezeigten Strömungsmaschine mit einer zweiten alternativen Lageranordnung. Der Unterschied zu der Lageranordnung 62, 62a der 1 bis 3 und 4 ist eine geänderte Zusammensetzung von Lagern 26 von zwei Lagergruppen 62b, 62b’. Eine Lagergruppe 62b ist von einem Magnetlager 36 in der Form eines Radiallagers 40 gebildet. Die zweite Lagergruppe 62b’ ist von einem Radial-/Axiallager 42, dessen Bestandteil ein Magnetlager 34 ist, einer Axialscheibe 66 und einem Axiallager 38 gebildet. Die Abfolge der Lager 26 der Lagergruppe 62b’ ist ein Axiallager 38, die Axialscheibe 66, ein weiteres Axiallager 38 und ein Radiallager 40 (Gesehen wie in den 1 bis 3 in Richtung von einem hier nicht gezeigten Motor zu der jeweiligen nicht gezeigten Verdichterstufe. Das Fanglager ist hier nicht gezeigt.). Grundsätzlich kann die Anordnungen der Lagergruppen 62b, 62b’ auch vertauscht sein (nicht gezeigt).
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In 6 ist eine Welle 32 einer nicht im Detail dargestellten Strömungsmaschine mit einer dritten alternativen Lageranordnung schematisch gezeigt. Der Unterschied zu der Lageranordnung 62b’ der 5 ist eine geänderte Abfolge von Lagern 26 einer Lagergruppe 62c’ von zwei Lagergruppen 62c, 62c’. Auch hier ist eine Lagergruppe 62c von einem Magnetlager 36 in der Form eines Radiallagers 40 gebildet. Die zweite Lagergruppe 62c’ ist von einem Radial-/Axiallager 42, dessen Bestandteil ein Magnetlager 34 ist, einer Axialscheibe 66 und einem Axiallager 38 gebildet. Die Abfolge der Lager 26 der Lagergruppe 62c’ ist jedoch im Gegensatz zu der Reihenfolge der Lager 26 in 5 ein Radiallager 40, ein Axiallager 38, die Axialscheibe 66 und ein weiteres Axiallager 38 (Gesehen wie in den 1 bis 3 in Richtung von einem hier nicht gezeigten Motor zu der jeweiligen nicht gezeigten Verdichterstufe. Das Fanglager ist hier nicht gezeigt.). Grundsätzlich können die Lagergruppen 62c, 62c’ auch vertauscht angeordnet sein (nicht gezeigt).
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7 zeigt einen Schnitt durch eine Strömungsmaschine 10 mit einem alternativen gesonderten Anschluss 76d in der Form einer Rohrleitung zwischen einer Verdichterstufe 54’ und einem Motorraum 50. Der Unterschied zu dem Anschluss 76 der 1 ist, dass die Rohrleitung des gesonderten Anschlusses 76d oder eine der Ausnehmungen 78, 80, durch die ein Teil 24 eines Prozessmediums 18 ein- bzw. austritt, eine variable Blende 82 aufweist/aufweisen. Zu deren Verstellung umfasst die Strömungsmaschine 10 eine Regeleinrichtung 86. Grundsätzlich könnten auch andere, dem Fachmann für einsetzbar erachtete verstellbare Mittel, wie beispielsweise eine öffenbare Klappe etc., eingesetzt werden. Generell könnte die Regeleinrichtung 86 Sensoren, zum Beispiel für Druck oder Temperatur, aufweisen, auf Grundlage derer Informationen die Regeleinrichtung 86 über die Verstellung der Blende 82 entscheidet.
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In 8 ist ein Schnitt durch eine Strömungsmaschine 10 mit einem alternativen internen Anschluss 76e zwischen einer Verdichterstufe 54’ und einem Motorraum 50 gezeigt. Der Unterschied zu dem Anschluss 76 der 1 ist, dass der Anschluss 76e eine Ausnehmungen 78 in der Form einer Bohrung aufweist bzw. von dieser gebildet ist. Die Ausnehmung 78 ist in einer Wandung 88 angeordnet, die sich axial zwischen der Verdichterstufe 54’ und der Motorraum 50 an einem Wellenende 52’ im Bereich einer Dichtung 28 befindet bzw. die Wandung 88 weist die Dichtung 28 auf. Ein Teil 24 eines Prozessmediums 18 tritt durch die Ausnehmung 78 bzw. die Bohrung im Bereich eines Laufrads 56 aus der Verdichterstufe 54’ aus und im Bereich des Wellenendes 52’ in den Motorraum 50 ein.
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9 zeigt einen Schnitt durch eine Strömungsmaschine 10 mit einem weiteren alternativen internen Anschluss 76f zwischen einer Verdichterstufe 54’ und einem Motorraum 50. Der Unterschied zu dem Anschluss 76e der 8 ist, dass der Anschluss 76f eine Ausnehmungen 78 in der Form einer Bohrung aufweist, in die eine Blende 82 eingeschraubt ist. Diese Blende 82 kann feststehend oder verstellbar ausgeführt sein. Für deren Verstellung kann ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel der 7 eine Regeleinrichtung vorgesehen sein.
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10 stellt einen Schnitt durch eine Strömungsmaschine 10 mit einem vierten alternativen Anschluss 76g zwischen einer Verdichterstufe 54’ und einem Motorraum 50 dar. Der Unterschied zu dem Anschluss 76 der 1 ist, dass der Anschluss 76g durch einen Dichtspalt 90’ einer Dichtung 28, in der Form einer Labyrinthdichtung, an einem Wellenende 52’ gebildet wird. Dieser Dichtspalt 90’ ist zu einem Passieren eines Prozessmediums 18 radial breiter ausgebildet als ein nicht im Detail gezeigter Dichtspalt der Dichtung 28 der 1. Ein Teil 24 des Prozessmediums 18 tritt durch den Dichtspalt 90’ im Bereich eines Laufrads 56 aus der Verdichterstufe 54’ aus und im Bereich eines Wellenendes 52’ in den Motorraum 50 ein. Das Prozessmedium 18 durchströmt nun den Motorraum 50 bzw. strömt an einem Motor 44 zu dessen Kühlung vorbei und tritt im Bereich des Wellenendes 52 an einer Ausnehmung 84 im Gehäuse des Motorraums 50 aus diesem wieder aus. Grundsätzlich könnte das Prozessmedium 18 auch an einem baugleich breiten Dichtspalt 90 am Wellenende 52 in eine Verdichterstufe 54 austreten (nicht gezeigt).
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
