DE102013015993A1

DE102013015993A1 - Verdichteranordnung

Info

Publication number: DE102013015993A1
Application number: DE201310015993
Authority: DE
Inventors: Klaus Hörmeyer; Roland Emmrich; Bernhard Eisenberg; Dirk Anding; Henning Ressing
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2015-03-26
Also published as: US20150139788A1; FR3011046B1; CN104514740B; RU2014138913A; RU2604964C2; CN104514740A; US9752584B2; FR3011046A1

Abstract

Verdichteranordnung (1), mit einem mindestens einstufigen Axialverdichter (2) und einem mindestens einstufigen Radialverdichter (3), wobei rotorseitige Baugruppen der oder jeder Axialverdichtertstufe und rotorseitige Baugruppen der oder jeder Radialverdichterstufe an einer gemeinsamen Welle (4) angreifen, wobei ein Verhältnis zwischen einem maximalen Durchmesser der Welle (4) im Bereich des Axialverdichters (2) und einem minimalen Radialradsitzdurchmesser der Welle (4) im Bereich des Radialverdichters (3) zwischen 1,5 und 3,0 beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdichteranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2009 016 392 A1 ist eine Verdichteranordnung mit einem Axialverdichter und einem Radialverdichter bekannt, die axial hintereinander auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Nach der DE 10 2009 016 392 A1 sind rotorseitige Baugruppen der oder jeder Axialverdichterstufe des Axialverdichters und rotorseitige Baugruppen der oder jeder Radialverdichterstufe des Radialverdichters demnach an der gemeinsamen Antriebswelle angeordnet bzw. auf derselben befestigt.
Der maximal mögliche Druckaufbau einer solchen Verdichteranordnung ist rotordynamisch begrenzt. So ist der Druckaufbau insbesondere durch die Eigenfrequenz, die Steifigkeit und das Dämpfungsverhalten der rotorseitigen Baugruppen der Verdichteranordnung begrenzt.
Bislang bekannte Verdichteranordnungen aus einem Axialverdichter und Radialverdichter, die axial hintereinander an einer gemeinsamen Antriebswelle angeordnet sind, sind dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle im Bereich des Axialverdichters sowie des Radialverdichters in etwa identische Durchmesser aufweist. Dies folgt auch aus der Skizze der DE 10 2009 016 392 A1 .
Es besteht Bedarf an einer Verdichteranordnung, mit Hilfe derer der Druckaufbau gegenüber bekannten Verdichteranordnungen gesteigert werden kann.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Verdichteranordnung zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Verdichteranordnung nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß beträgt ein Verhältnis zwischen einem maximalen Durchmesser der Welle im Bereich des Axialverdichters und einem minimalen Radialradsitzdurchmesser der Welle im Bereich des Radialverdichters zwischen 1,5 und 3,0.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, bei einer Verdichteranordnung aus einem Axialverdichter und einem Radialverdichter mit einer gemeinsamen Welle den Durchmesser der Welle im Bereich des Axialverdichters anzuheben, und zwar derart, dass der maximale Durchmesser der Welle im Bereich des Axialverdichters mindestens 50% größer ist als der minimale Radialradsitzdurchmesser der Welle im Bereich des Radialverdichters. Hierdurch kann gegenüber bekannten Verdichteranordnungen einerseits der bereitstellbare Druckaufbau gesteigert werden, andererseits kann die Baulänge solcher Verdichteranordnungen verkürzt werden.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis zwischen dem maximalen Durchmesser der Welle im Bereich des Axialverdichters und dem minimalen Radialradsitzdurchmesser der Welle im Bereich des Radialverdichters zwischen 1,8 und 3,0. Dieses Verhältnis zwischen den Durchmessern der Welle ist besonders bevorzugt.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine schematisierte, perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verdichteranordnung.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Verdichteranordnung aus einem mindestens einstufigen Axialverdichter und einem mindestens einstufigen Radialverdichter.
1 zeigt eine schematisierte, perspektivische Seitenansicht rotorseitiger Baugruppen eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verdichteranordnung 1, wobei die Verdichteranordnung 1 der 1 einen mehrstufigen Axialverdichter und einen mehrstufigen Radialverdichter 3 umfasst. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Axialverdichter 2 sieben Axialverdichterstufen und der Radialverdichter 3 zwei Radialverdichterstufen, wobei Axialverdichter 2 und Radialverdichter 3 axial hintereinander bzw. nebeneinander an einer gemeinsamen Welle 4 angreifen. So zeigt 1, dass rotorseitige Laufschaufeln 5 des Axialverdichters 2 sowie Radialräder 6 der Radialverdichterstufe 3 an der gemeinsamen Welle 4 axial hintereinander bzw. nebeneinander angreifen bzw. befestigt sind.
Bei der erfindungsgemäßen Verdichteranordnung 1 beträgt ein Verhältnis zwischen einem maximalen Durchmesser DA-MAX der Welle 4 im Bereich des Axialverdichters 2 und einen minimalen Radialradsitzdurchmesser DR-MIN der Welle 4 im Bereich des Radialverdichters 3 zwischen 1,5 und 3,0.
Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt der maximale Durchmesser DA-MAX der Welle 4 im Bereich des Axialverdichters 2 im Bereich der letzten Axialverdichterstufe des Axialverdichters 2, der minimale Radialradsitzdurchmesser DR-MIN der Welle 4 im Bereich des Radialverdichters 3 liegt im Bereich der ersten Radialverdichterstufe des Radialverdichters 3. Wie oben ausgeführt, beträgt dieses Verhältnis zwischen den Durchmessern DA-MAX und DR-MIN zwischen 1,5 und 3,0, sodass also der maximale Durchmesser DA-MAX der Welle 4 im Bereich des Axialverdichters 2 um mindestens 50% größer ist als der minimale Radialradsitzdurchmesser DR-MIN der Welle 4 im Bereich des Radialverdichters 3.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt das Verhältnis zwischen dem maximalen Durchmesser DA-MAX der Welle 4 im Bereich des Axialverdichters 2 und dem minimalen Radialradsitzdurchmesser DR-MIN der Welle 4 im Bereich des Radialverdichters 3 zwischen 1,8 und 3,0.
Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt dieses Verhältnis zwischen dem Durchmesser DA-MAX und dem Durchmesser DR-MIN der Welle 4 zwischen 2,0 und 3,0.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt dieses Verhältnis zwischen dem Durchmesser DA-MAX und dem Durchmesser DR-MIN der Welle 4 zwischen 1,8 und 2,5.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt dieses Verhältnis zwischen dem Durchmesser DA-MAX und dem Durchmesser DR-MIN der Welle 4 zwischen 2,0 und 2,5.
Dann, wenn das Verhältnis zwischen dem maximalen Durchmesser der Welle 4 im Bereich des Axialverdichters 2 und dem minimalen Radialradsitzdurchmesser der Welle 4 im Bereich des Radialverdichters 3 in den obigen Bereichen liegt, kann gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verdichteranordnungen der realisierbare Druckaufbau mehr als verdoppelt werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verdichteranordnung 1 liegt darin, dass die Gesamtbaulänge der Verdichteranordnung 1 verkürzt werden kann. Insbesondere kann im Bereich des Axialverdichters 2 die Anzahl der zur Realisierung des Druckaufbaus erforderlichen Verdichterstufen reduziert werden.
Bei der Verdichteranordnung im Sinne der hier vorliegenden Erfindung handelt es sich vorzugsweise um eine Back-to-Back-Verdichteranordnung, bei welcher also die letzte Axialverdichterstufe des Axialverdichters 2 der letzten Radialverdichterstufe des Radialverdichters 3 gegenüberliegt.
Für das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel bedeutet dies, dass das zu verdichtende Medium zunächst den Axialverdichter 2 von links nach rechts durchströmt, anschließend nach Aufbau eines definierten Zwischendrucks durch den Axialverdichter 2 in einen Kühler zur Zwischenkühlung geleitet wird, um anschließend den Radialverdichter 3 von rechts nach links zu durchströmen.
Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Axialverdichterstufen des Axialverdichters 2 sowie die Anzahl der Radialverdichterstufen des Radialverdichters 3 beliebig ist.
Bezugszeichenliste

1: Verdichteranordnung
2: Axialverdichter
3: Radialverdichter
4: Welle
5: Laufschaufel
6: Radialrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009016392 A1 [0002, 0002, 0004]

Claims

Verdichteranordnung (1), mit einem mindestens einstufigen Axialverdichter (2) und einem mindestens einstufigen Radialverdichter (3), wobei rotorseitige Baugruppen der oder jeder Axialverdichtertstufe und rotorseitige Baugruppen der oder jeder Radialverdichterstufe an einer gemeinsamen Welle (4) angreifen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einem maximalen Durchmesser der Welle (4) im Bereich des Axialverdichters (2) und einem minimalen Radialradsitzdurchmesser der Welle (4) im Bereich des Radialverdichters (3) zwischen 1,5 und 3,0 beträgt.
Verdichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem maximalen Durchmesser der Welle (4) im Bereich des Axialverdichters (2) und dem minimalen Radialradsitzdurchmesser der Welle (4) im Bereich des Radialverdichters (3) zwischen 1,8 und 3,0 beträgt.
Verdichteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem maximalen Durchmesser der Welle (4) im Bereich des Axialverdichters (2) und dem minimalen Radialradsitzdurchmesser der Welle (4) im Bereich des Radialverdichters (3) zwischen 2,0 und 3,0 beträgt.
Verdichteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem maximalen Durchmesser der Welle (4) im Bereich des Axialverdichters (2) und dem minimalen Radialradsitzdurchmesser der Welle (4) im Bereich des Radialverdichters (3) zwischen 1,8 und 2,5 beträgt.
Verdichteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem maximalen Durchmesser der Welle (4) im Bereich des Axialverdichters (2) und dem minimalen Radialradsitzdurchmesser der Welle (4) im Bereich des Radialverdichters (3) zwischen 2,0 und 2,5 beträgt.