-
Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter und eine Verdichteranordnung mit einem solchen Radialverdichter.
-
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 an der gemeinsamen Antriebswelle angeordnet bzw. auf derselben befestigt.
-
Nach der
DE 10 2009 016 392 A1 wird ein im Bereich des Axialverdichters verdichtetes Medium im Anschluss an die Verdichtung im Axialverdichter zur weiteren Verdichtung dem Radialverdichter zugeführt, wobei das zu verdichtende Medium dem Radialverdichter über einen Eintrittsströmungskanal zugeführt und über den Eintrittsströmungskanal in Richtung auf ein stromabwärts des Eintrittsströmungskanals positioniertes Laufrad geführt werden kann. Im Bereich des Eintrittsströmungskanals sind Eintrittsleitschaufeln angeordnet, wobei sich der Eintrittsströmungskanal nach der
DE 10 2009 016 392 A1 ausschließlich in radialer Richtung zur Drehachse des Laufrads erstreckt. Durch den Eintrittsströmungskanal strömendes Medium durchströmt denselben demnach in Radialrichtung senkrecht zur Drehachse des Laufrads des Radialverdichters.
-
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Radialverdichter und eine Verdichteranordnung mit einem solchen Radialverdichter zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Radialverdichter nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß verläuft der Eintrittsströmungskanal diagonal zur einer Drehachse des Laufrads.
-
Erfindungsgemäß verläuft der Eintrittsströmungskanal des erfindungsgemäßen Radialverdichters diagonal zur Drehachse des Laufrads, sodass demnach eine Strömungsrichtung des den Eintrittsströmungskanals durchströmenden Mediums diagonal zur Drehachse des Laufrads verläuft. Hierdurch ist es möglich, einen Radialverdichter mit geringer axialer Baulänge bereitzustellen. Durch die verkürzte Strömungsweglänge im Bereich des Eintrittsströmungskanals kann das aero-thermodynamische Verhalten des Radialverdichters verbessert werden. So wird bei einer Minimierung des Druckverlusts im Eintrittsströmungskanal gleichzeitig eine höhere Gleichförmigkeit der Zuströmung zum Laufrad gewährleistet.
-
Vorzugsweise ist die radial innere Nabenkontur des Eintrittsströmungskanals zwischen einem Anfang derselben und einem Ende derselben durchgehend gekrümmt, wohingegen eine radial äußere Gehäusekontur des Eintrittsströmungskanals benachbart zu einem Anfang derselben einen linear verlaufenden Abschnitt und benachbart zu einem Ende derselben einen gekrümmten Abschnitt aufweist. Radial äußere Enden von Strömungseintrittskanten und radial äußere Enden von Strömungsaustrittskanten der Eintrittsleitschaufeln gehen vorzugsweise jeweils in den linear verlaufenden Abschnitt der radial äußeren Gehäusekontur über.
-
Durch die obige Konturierung der radial inneren Nabenkontur und der radial äußeren Gehäusekontur kann eine besonders vorteilhafte Strömungsführung im Bereich des Eintrittsströmungskanals des Radialverdichters unter Minimierung der axialen Baulänge desselben gewährleistet werden. Dann, wenn die Strömungseintrittskanten und die Strömungsaustrittskanten der Eintrittsleitschaufeln radial außen in den linear verlaufenden Abschnitt der radial äußeren Gehäusekontur übergehen, kann das aero-thermodynamische Verhalten des Radialverdichters weiter verbessert werden.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung schließt der linear verlaufende Abschnitt der radial äußeren Gehäusekontur mit der Drehachse des Laufrads einen Winkel zwischen 42,75° und 71,25°. Eine Stapelachse der Eintrittsleitschaufeln schließt mit der Drehachse des Laufrads einen Winkel zwischen 33,75° und 56,25°.
-
Durch diese beiden Winkel, die entweder alleine oder bevorzugt in Kombination miteinander an einem Radialverdichter verwendet werden, kann das aero-thermodynamische Verhalten desselben weiter verbessert werden.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind im Bereich der radial inneren Nabenkontur folgende Verhältnisse gültig: 0,383 < h1/h3 < 0,638, 0,518 < h2/h3 < 0,863, wobei h1 Bogenlänge der radial inneren Nabenkontur zwischen dem Anfang derselben und dem in dieselbe übergehenden Ende der Strömungseintrittskanten der Eintrittsleitschaufeln ist, wobei h2 Bogenlänge der radial inneren Nabenkontur zwischen dem Anfang derselben und dem in dieselbe übergehenden Ende der Strömungsaustrittskanten der Eintrittsleitschaufeln ist, wobei h3 die Bogenlänge der radial inneren Nabenkontur zwischen dem Anfang derselben und dem Ende derselben ist, wobei h1/h3 < h2/h3 ist.
-
Diese Verhältnisse im Bereich der radial inneren Nabenkontur sorgen für eine weitere Verbesserung des aero-thermodynamischen Verhaltens des Radialverdichters.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind im Bereich der radial äußeren Gehäusekontur folgende Verhältnisse gültig: 0,285 < s1/(s3 + s4) < 0,475, 0,555 < s2/(s3 + s4) < 0,925, 2,52 < s3/s4 < 4,20, wobei s1 die Kantenlänge der radial äußeren Gehäusekontur zwischen dem Anfang derselben und dem in dieselbe übergehenden Ende der Strömungseintrittskanten der Eintrittsleitschaufeln ist, wobei s2 Kantenlänge der radial äußeren Gehäusekontur zwischen dem Anfang derselben und dem in dieselbe übergehenden Ende der Strömungsaustrittskanten der Eintrittsleitschaufeln ist, wobei s3 die Kantenlänge des linear verlaufenden Abschnitts der radial äußeren Gehäusekontur ist, wobei s4 die Bogenlänge des gekrümmt verlaufenden Abschnitts der radial äußeren Gehäusekontur ist, und wobei s1/(s3 + s4) < s2/(s3 + s4) ist.
-
Diese Verhältnisse im Bereich der radial äußeren Gehäusekontur sorgen für eine weitere Verbesserung des aero-thermodynamischen Verhaltens des Radialverdichters.
-
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: einen Detail eines erfindungsgemäßen Radialverdichters im Meridionalschnitt zur Verdeutlichung von Auslegungsparametern des Radialverdichters; und
-
2 das Detail der 1 zur Verdeutlichung weiterer Auslegungsparameter des Radialverdichters.
-
Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Radialverdichter sowie eine Verdichteranordnung mit einem solchen Radialverdichter. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Verdichteranordnung mit einem Radialverdichter und einem Axialverdichter, wobei Radialverdichter und Axialverdichter in einer sogenannten Back-to-Back-Verdichteranordnung miteinander kombiniert sind. Obwohl die Verwendung des erfindungsgemäßen Radialverdichters in einer solchen Verdichteranordnung aus einem Radialverdichter und einem Axialverdichter, die eine Back-to-Back-Verdichteranordnung bilden, bevorzugt ist, ist die Erfindung nicht auf diesen Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Radialverdichters beschränkt.
-
In dem erfindungsgemäßen Radialverdichter zu verdichtendes Medium ist einem Laufrad 11 über einen Eintrittsströmungskanal 10 zuführbar, wobei das zu verdichtende Medium über den Eintrittsströmungskanal 10 in Richtung auf das Laufrad 11 des Radialverdichters geführt werden kann. 1 und 2 zeigen einen Meridionalschnitt durch ein Detail eines erfindungsgemäßen Radialverdichters im Bereich des Eintrittsströmungskanals 10 sowie des dem Eintrittsströmungskanal 10 nachgeordneten Laufrads 11, wobei gemäß 1 und 2 im Eintrittsströmungskanal 10, der von einer radial inneren Nabenkontur 12 und einer radial äußeren Gehäusekontur 13 begrenzt ist, Eintrittsleitschaufeln 14 angeordnet sind. Das dem Eintrittsströmungskanal 10 nachgeordnete Laufrad 11 umfasst Laufschaufeln 15.
-
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung verläuft der Eintrittsströmungskanal 10 diagonal zu einer Drehachse 16 des Laufrads 11, also diagonal zu rotierenden Wellen des Radialverdichters, sodass demnach im Radialverdichter zu verdichtendes Medium den Eintrittsströmungskanal 10 diagonal zur Drehachse 16 des Laufrads 11 des Radialverdichters durchströmt.
-
Wie oben bereits ausgeführt, ist der Eintrittsströmungskanal 10 von einer radial inneren Nabenkontur 12 und einer radial äußeren Gehäusekontur 13 begrenzt, wobei in 1 und 2 ein Anfang der radial inneren Nabenkontur 12 mit der Bezugsziffer 17 und ein Ende derselben mit der Bezugsziffer 18 gekennzeichnet ist, und wobei ein Anfang der radial äußeren Gehäusekontur 13 mit der Bezugsziffer 19 und ein Ende derselben mit der Bezugsziffer 20 gekennzeichnet ist. An den Enden 18 und 20 der Nabenkontur 12 sowie der Gehäusekontur 13, die vorzugsweise an einer identischen Axialposition liegen jedoch in Radialrichtung voneinander beabstandet sind, geht der Eintrittsströmungskanal 10 in einen Saugmundbereich 21 des Laufrads 11 über. An den Anfängen 17, 19 von Nabenkontur 12 und Gehäusekontur 13, die in den 1 und 2 auf der identischen Radialposition liegen jedoch in Axialrichtung voneinander beabstandet sind, geht der Eintrittsströmungskanal 10 in einen Saugstutzen des Radialverdichters über.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die radial innere Nabenkontur 12 zwischen dem Anfang 17 und dem Ende 18 derselben durchgehend gekrümmt, nämlich konvex nach außen ohne Krümmungswechsel.
-
Die radial äußere Gehäusekontur 13 des Eintrittsströmungskanals 10 weist benachbart zu dem Anfang 19 derselben einen linear verlaufenden Abschnitt 22 und benachbart zu dem Ende 20 derselben einen gekrümmten Abschnitt 23 auf.
-
Beim Übergang des zu verdichtenden Mediums aus dem nicht gezeigten Saugstutzen des Radialverdichters in den Eintrittsströmungskanal 10 wird das Medium demnach benachbart zur radial äußeren Gehäusekontur 13 zunächst linear und benachbart zur radial inneren Nabenkontur 12 gekrümmt geführt. Weiter stromabwärts benachbart zum Ende des Eintrittsströmungskanals 10 wird das zu verdichtende Medium sowohl benachbart zur radial äußeren Gehäusekontur 13 als auch benachbart zur radial inneren Nabenkontur 12 jeweils gekrümmt geführt.
-
Die Eintrittsleitschaufeln 14, die im Eintrittsströmungskanal 10 positioniert sind, verfügen über eine Strömungseintrittskante 24 und eine Strömungsaustrittskante 25. Die Strömungsaustrittskante 25 ist stets stromabwärts der Strömungseintrittskante 24 positioniert. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die radial äußeren Enden der Strömungseintrittskanten 24 und der Strömungsaustrittskanten 25 der Eintrittsleitschaufeln 14 jeweils in den linear verlaufenden Abschnitt 22 der radial äußeren Gehäusekontur 13 übergehen.
-
In dem in den 1 und 2 gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel schließen die Strömungseintrittskanten 24 und die Strömungsaustrittskanten 25 der Eintrittsleitschaufeln 14 mit dem linear verlaufenden Abschnitt 22 der radial äußeren Gehäusekontur 13 jeweils einen Winkel von ungleich 90° ein, sodass die Strömungseintrittskanten 24 und die Strömungsaustrittskanten 25 demnach nicht senkrecht zu dem linear verlaufenden Abschnitt 22 der radial äußeren Gehäusekontur 13 verlaufen. Ferner ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel der 1 und 2 vorgesehen, dass weder die Strömungseintrittskanten 24 noch die Strömungsaustrittskanten 25 der Eintrittsleitschaufeln 14 einerseits senkrecht und andererseits parallel zur Drehachse 16 des Laufrads 11 verläuft.
-
Der linear verlaufende Abschnitt 22 der radial äußeren Gehäusekontur 13 schließt mit der Drehachse 16 des Laufrads 11 einen Winkel α ein, der vorzugsweise zwischen 42,75° und 71,25° liegt.
-
Bevorzugt liegt der Winkel α zwischen 48,45° und 65,55°. Besonders bevorzugt liegt der Winkel α zwischen 54,15° und 59,85°.
-
Eine Stapelachse 26 der Eintrittsleitschaufeln 14 schließt mit der Drehachse 16 des Laufrads 11 einen Winkel β ein, der vorzugsweise zwischen 33,75° und 56,25° liegt.
-
Bevorzugt liegt der Winkel β zwischen 38,25° und 51,75°. Besonders bevorzugt liegt der Winkel β zwischen 42,75° und 47,25°.
-
Im Bereich der radial inneren Nabenkontur 12 sind folgende Verhältnisse gültig: 0,383 < h1/h3 < 0,638, 0,518 < h2/h3 < 0,863, wobei h1 Bogenlänge der radial inneren Nabenkontur 12 zwischen dem Anfang 17 derselben und dem in dieselbe übergehenden Ende der Strömungseintrittskanten 24 der Eintrittsleitschaufeln 14 ist, wobei h2 Bogenlänge der radial inneren Nabenkontur 12 zwischen dem Anfang 17 derselben und dem in dieselbe übergehenden Ende der Strömungsaustrittskanten 25 der Eintrittsleitschaufeln 14 ist, wobei h3 die Bogenlänge der radial inneren Nabenkontur 12 zwischen dem Anfang 17 derselben und dem Ende 18 derselben ist, wobei h1/h3 < h2/h3 ist.
-
Bevorzugt sind im Bereich der radial inneren Nabenkontur 12 folgende Verhältnisse gültig: 0,434 < h1/h3 < 0,587, 0,587 < h2/h3 < 0,794.
-
Besonders bevorzugt sind im Bereich der radial inneren Nabenkontur 12 folgende Verhältnisse gültig: 0,485 < h1/h3 < 0,536, 0,656 < h2/h3 < 0,725.
-
Im Bereich der der radial äußeren Gehäusekontur 13 folgende Verhältnisse gültig: 0,285 < s1/(s3 + s4) < 0,475, 0,555 < s2/(s3 + s4) < 0,925, 2,52 < s3/s4 < 4,2, wobei s1 die Kantenlänge der radial äußeren Gehäusekontur 13 zwischen dem Anfang 19 derselben und dem in dieselbe übergehenden Ende der Strömungseintrittskanten 24 der Eintrittsleitschaufeln 14 ist, wobei s2 Kantenlänge der radial äußeren Gehäusekontur 13 zwischen dem Anfang 19 derselben und dem in dieselbe übergehenden Ende der Strömungsaustrittskanten 25 der Eintrittsleitschaufeln 14 ist, wobei s3 die Kantenlänge des linear verlaufenden Abschnitts 22 der radial äußeren Gehäusekontur 13 ist, wobei s4 die Bogenlänge des gekrümmt verlaufenden Abschnitts 23 der radial äußeren Gehäusekontur 13 ist, und wobei s1/(s3 + s4) < s2/(s3 + s4) ist.
-
Bevorzugt sind im Bereich der radial äußeren Gehäusekontur 13 folgende Verhältnisse gültig: 0,323 < s1/(s3 + s4) < 0,437, 0,629 < s2/(s3 + s4) < 0,851, 2,856 < s3/s4 < 3,864.
-
Besonders bevorzugt sind im Bereich der radial äußeren Gehäusekontur 13 folgende Verhältnisse gültig: 0,361 < s1/(s3 + s4) < 0,399, 0,703 < s2/(s3 + s4) < 0,777, 3,192 < s3/s4 < 3,528.
-
Die obigen Auslesungsparameter hinsichtlich der Winkel α und β sowie hinsichtlich der oben definierten Verhältnisse im Bereich der radial inneren Nabenkontur 12 sowie der radial äußeren Gehäusekontur 13 können entweder alleine oder in Kombination miteinander an einem Radialverdichter im Bereich des Eintrittsströmungskanals 10 Verwendung finden, um das aero-thermodynamische Verhalten desselben zu verbessern, insbesondere um bei einer Minimierung des Druckverlusts im Bereich des Eintrittsströmungskanals 10 eine höhere Gleichförmigkeit der Zuströmung zum stromabwärts des Eintrittsströmungskanals 10 positionierten Laufrads 11 zu gewährleisten, und zwar bei einer gleichzeitigen Verringerung der axialen Baulänge des Radialverdichters.
-
Sämtliche oben definierten Auslegungsparameter, die entweder alleine oder in beliebiger Kombination miteinander zum Einsatz kommen können, dienen ein und demselben Ziel, nämlich der Verbesserung des aero-thermodynamischen Verhaltens des Radialverdichters bei gleichzeitiger Gewährleistung einer kompakten axialen Bauform.
-
Bei den im Eintrittsströmungskanal 10 positionierten Eintrittsleitschaufeln 14 kann es sich um zweidimensional oder auch um dreidimensional profilierte Leitschaufeln handeln. Bei zweidimensional profilierten Leitschaufeln sind Querschnitte senkrecht zur Stapelachse 26 in Richtung der Stapelachse 26 gleichartig bzw. gleichförmig. Bei dreidimensional profilierten Eintrittsleitschaufeln 14 weisen diese Querschnitte entlang der Stapelachse 26 unterschiedliche Konturen auf, sodass die Eintrittsleitschaufeln 14 insbesondere gekrümmte Strömungseintrittskanten 24 und/oder gekrümmte Strömungsaustrittskanten 25 aufweisen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Eintrittsströmungskanal
- 11
- Laufrad
- 12
- Nabenkontur
- 13
- Gehäusekontur
- 14
- Eintrittsleitschaufel
- 15
- Laufschaufel
- 16
- Drehachse
- 17
- Anfang
- 18
- Ende
- 19
- Anfang
- 20
- Ende
- 21
- Saugmundbereich
- 22
- Abschnitt
- 23
- Abschnitt
- 24
- Strömungseintrittskante
- 25
- Strömungsaustrittskante
- 26
- Stapelachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009016392 A1 [0002, 0002, 0003, 0003]
