DE102014203251A1

DE102014203251A1 - Return stage for a radial turbomachine

Info

Publication number: DE102014203251A1
Application number: DE102014203251.2A
Authority: DE
Inventors: Ralf Bode
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2015-08-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rückführstufe (RC) für eine Radialturbomaschine (RTM) umfassend einen Zwischenboden (DGP) und einen Schaufelboden (RR), wobei der Zwischenboden (DGP) Auflager (SUP) aufweist, an denen der Zwischenboden positioniert abstützbar ist, wobei der Schaufelboden (RR) an dem Zwischenboden (DGP) mittels Leitschaufeln unter Ausbildung eines radialen Rückführkanals (CH) befestigt ist. Zur Verbesserung der Möglichkeiten der aerodynamischen Gestaltung der Leitschaufeln GV wird vorgeschlagen, dass der Schaufelboden (RR) mindestens einen Hohlraum (CV) aufweist. Auf diese Weise kann die Masse reduziert werden und die mechanische Belastung der Leitschaufeln (GV) als Befestigung des Schaufelbodens (RR) an dem Zwischenboden (DPG) wird reduziert.The invention relates to a recirculation stage (RC) for a radial turbomachine (RTM) comprising an intermediate floor (DGP) and a blade floor (RR), wherein the intermediate floor (DGP) has supports (SUP) on which the intermediate floor can be supported in a position, wherein the blade floor (RR) is attached to the false bottom (DGP) by means of vanes forming a radial return duct (CH). To improve the possibilities of aerodynamic design of the guide vanes GV is proposed that the blade bottom (RR) has at least one cavity (CV). In this way, the mass can be reduced and the mechanical loading of the guide vanes (GV) as attachment of the blade floor (RR) to the intermediate floor (DPG) is reduced.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rückführstufe für eine Radialturbomaschine umfassend einen Zwischenboden und einen Schaufelboden, wobei der Zwischenboden Auflager aufweist, an denen der Zwischenboden positioniert abstützbar ist, wobei der Schaufelboden an dem Zwischenboden mittels Leitschaufeln unter Ausbildung eines radialen Rückführkanals befestigt ist. Daneben betrifft die Erfindung eine Radialturbomaschine mit einer derartigen Rückführstufe. The invention relates to a recirculation stage for a radial turbomachine comprising an intermediate floor and a blade floor, wherein the intermediate floor has bearings on which the intermediate bottom is positioned supported, wherein the blade bottom is secured to the intermediate bottom by means of vanes to form a radial return channel. In addition, the invention relates to a radial turbomachine with such a feedback stage.

Radialturbomaschinen sind entweder als Verdichter oder Expander bekannt. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich – wenn nicht anders angegeben – auf die Ausführung als Verdichter. Die Erfindung ist für Expander genauso anwendbar, wie für Verdichter, wobei ein Radialturboexpander gegenüber einem Radialturboverdichter eine umgekehrte Strömungsrichtung des Prozessfluids vorsieht. Unter Entspannung und Umlenkung eines Prozessfluid findet eine Umwandlung der thermodynamisch im Prozessfluid gespeicherten Energie in technische Arbeit mittels Antriebs des Impellers statt. Radial turbomachines are known as either compressors or expanders. The following statements relate - unless otherwise stated - to the design as a compressor. The invention is equally applicable to expanders as it is to compressors, with a radial turbo expander providing a reverse flow direction of the process fluid to a radial turbocompressor. Under relaxation and deflection of a process fluid, a conversion of the thermodynamically stored in the process fluid energy into technical work by means of drive of the impeller instead.

Radialturboverdichter saugen in der Regel ein Prozessfluid axial zu einer Rotationsachse oder schräg zu der Rotationsachse mit einer axialen Geschwindigkeitskomponente an und beschleunigen und verdichten dieses Prozessfluid mittels eines Impellers – der auch als Laufrad bezeichnet wird –, der die Strömungsrichtung des Prozessfluids in die radiale Richtung umlenkt. An das Laufrad schließt sich bei einem mehrstufigen Radialturboverdichter stromabwärts eine Rückführstufe an. Radial turbocompressors typically draw a process fluid axially to an axis of rotation or oblique to the axis of rotation with an axial velocity component and accelerate and compress this process fluid by means of an impeller - also referred to as an impeller - which redirects the flow direction of the process fluid in the radial direction. The impeller is followed by a return stage downstream of a multistage radial turbocompressor.

Eine mehrstufige Radialturbomaschine bedeutet in der Begriffswelt dieser Erfindung, dass mehrere Laufräder um die gleiche Rotationsachse drehbar angeordnet sind. Hierbei ist ein Laufrad gleichzusetzen mit einer Stufe der Radialturbomaschine. Aus der Mehrstufigkeit ergibt sich das Erfordernis, dass im Falle des Verdichters das radial aus dem Impeller ausströmende Prozessfluid wieder zurück in Richtung der Rotationsachse geführt werden muss und mit einer axialen Geschwindigkeitskomponente in das nachfolgende Laufrad der stromabwärtigen Stufe einströmen kann. Die Strömungsführung, die diese Rückführung des Prozessfluids ermöglicht nennt sich „Rückführstufe“. Im Falle des Expanders ist das Bauteil in der Regel identisch ausgebildet und wird lediglich in umgekehrter Richtung durchströmt. A multi-stage radial turbomachine means in the terminology of this invention that multiple impellers are rotatably mounted about the same axis of rotation. Here, an impeller equate to one stage of the radial turbomachine. The multistage results in the requirement that, in the case of the compressor, the process fluid flowing radially out of the impeller must be guided back again in the direction of the axis of rotation and can flow into the downstream impeller of the downstream stage with an axial velocity component. The flow guidance that allows this recirculation of the process fluid is called the "recirculation stage". In the case of the expander, the component is usually identical and is flowed through only in the opposite direction.

Neben der Rückführung des Prozessfluides in Richtung der Rotationsachse und der Umlenkung der Strömungsrichtung des Prozessfluids in axiale Richtung sind in den Rückführstufen auch Leitschaufeln vorgesehen, die einen in der Strömung aus dem stromaufwärtigen Laufrad aufgeprägten Drall zumindest teilweise oder vollständig neutralisieren oder sogar einen Drall in Gegenrichtung aufprägen für den Eintritt in die nächste stromabwärtige Stufe. In addition to the return of the process fluid in the direction of the axis of rotation and the deflection of the flow direction of the process fluid in the axial direction guide vanes are also provided in the return stages, which at least partially or completely neutralize an impinged in the flow of the upstream impeller swirl or even impose a twist in the opposite direction for entering the next downstream stage.

Die übliche Ausfertigung einer Rückführstufe sieht vor, dass dieses Gesamtbauteil mittels eines sogenannten Zwischenbodens mittels der eingangs erwähnten Auflager in der Regel in einem Gehäuse oder einer sonstigen Auflagevorrichtung abgestützt und ausgerichtet ist. Weiterhin umfasst die Rückführstufe einen sogenannten Schaufelboden, der an dem Zwischenboden mit den bereits erläuterten Leitschaufeln unter Ausbildung eines Rückführkanals befestigt ist. Durch den Rückführkanal strömt das Prozessfluid zum nächsten Laufradeintritt. In diesem Gebilde kommen den Leitschaufeln zwei Funktionen zu. Einerseits haben die Leitschaufeln die aerodynamische Funktion, dem Prozessfluid einen Gegendrall soweit aufzuprägen, dass zumindest der Drall aus der stromaufwärtigen Stufe weitestgehend kompensiert ist und andererseits haben die Leitschaufeln die mechanische Aufgabe, den Schaufelboden an dem Zwischenboden derart zu befestigen, dass trotz der dynamischen Belastung ein sicherer Halt gewährleistet ist. The usual version of a return stage provides that this entire component is supported and aligned by means of a so-called intermediate floor by means of the aforementioned supports usually in a housing or other support device. Furthermore, the return stage comprises a so-called paddle bottom, which is attached to the intermediate bottom with the already explained guide vanes to form a return channel. Through the return channel, the process fluid flows to the next impeller inlet. In this structure, the guide vanes have two functions. On the one hand, the vanes have the aerodynamic function of imparting a counterangle to the process fluid to the extent that at least the swirl from the upstream stage is largely compensated, and on the other hand, the vanes have the mechanical task of securing the blade bottom to the false floor in such a way that despite the dynamic load secure hold is guaranteed.

In den Schriften DE 34 303 07 A1 und EP 592 803 B1 sind jeweils Rückführstufen eines mehrstufigen Turboverdichters abgebildet. Eine aerodynamische Betrachtung von Rückführstufen enthält die US 2010/0272564 A1 . In the scriptures DE 34 303 07 A1 and EP 592 803 B1 In each case the feedback stages of a multi-stage turbo-compressor are shown. An aerodynamic view of feedback stages contains the US 2010/0272564 A1 ,

Mit zunehmender Größe und Leistung der Radialturbomaschinen und sich stetig verbesserndem Wirkungsgrad sind die doppelten Anforderungen an die Leitschaufeln der Rückführstufe in herkömmlicher Ausbildung kaum erfüllbar. Der Wunsch, eine möglichst verlustfreie Umlenkung und Drallbefreiung der Strömung zu ermöglichen, führt zu zunehmend schlankeren Profilen der Leitschaufeln, so dass mit auch zunehmender Größe der Schaufelböden Schwierigkeiten bei der Befestigung der Schaufelböden an den Zwischenböden aufkommen. With increasing size and performance of the radial turbomachinery and steadily improving efficiency, the double demands on the guide vanes of the return stage in conventional training are hardly achievable. The desire to allow the most lossless deflection and swirl relief of the flow leads to increasingly slimmer profiles of the vanes, so that arise with increasing size of the blade floors difficulties in securing the blade floors on the shelves.

Bisherige Befestigungsmethoden sahen entweder vor, dass formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindungen zwischen dem Schaufelboden, den Leitschaufeln und den Zwischenböden ausgebildet sind. Eine bevorzugte Ausbildung der formschlüssigen Verbindung sieht vor, dass spezielle Schrauben durch Durchgangslöcher des Schaufelbodens und der Leitschaufeln in den Zwischenboden an den Stellen der Leitschaufeln eingeschraubt werden und diese drei Bauteile miteinander verspannen. Previous attachment methods either provided that form-fitting and / or material-locking connections between the blade bottom, the guide vanes and the shelves are formed. A preferred embodiment of the positive connection provides that special screws are screwed through through holes of the blade bottom and the guide vanes in the intermediate bottom at the locations of the guide vanes and brace these three components together.

Damit die Strömung nicht von Schlüsselflächen dieser Schrauben an der Oberfläche der Schaufelböden gestört wird, werden die Ansatzflächen für die Werkzeuge zum Eindrehen dieser Schaufeln in der Regel entfernt. Hierzu ist es bekannt, dass sogenannte Würgeschrauben benutzt werden, die mit dem Anliegen des höchsten Anzugsdrehmomentes abscheren. So that the flow is not disturbed by key surfaces of these screws on the surface of the blade floors, the approach surfaces for the tools for screwing these blades are usually removed. For this it is known that so-called dowel screws are used, which shear off with the concern of the highest tightening torque.

Weitere gebräuchliche Fügeverfahren zum Anbinden des Schaufelbodens an dem Zwischenboden mittels der Leitschaufeln sind Schweißen oder Löten. Other common joining methods for tying the blade floor to the intermediate floor by means of the guide vanes are welding or soldering.

Eine schweißtechnische Anbindung hat eine Verringerung der strömungsführenden Querschnittsfläche zur Folge aufgrund der in der Regel ausgeführten Kehlnähte im Strömungskanal. Außerdem ist oft die Zugänglichkeit zum Anschweißen wegen der Geometrie der Rückführstufen gar nicht gegeben. Die Notwendigkeit der Anbindung der Schaufelböden an die Zwischenböden mittels der Leitschaufeln führt bisher auch dazu, dass Kompromisse bei der Aerodynamik eingegangen werden müssen. A welding connection has a reduction of the flow-conducting cross-sectional area due to the generally executed fillet welds in the flow channel. In addition, the accessibility to welding is often not given due to the geometry of the feedback stages. The necessity of connecting the blade floors to the intermediate floors by means of the guide vanes has so far also led to compromises in terms of aerodynamics.

Ausgehend von den Problemen und Anforderungen des Standes der Technik hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht die eingangs definierte Rückführstufe derart fortzubilden, dass trotz verbesserter Aerodynamik keine Probleme mit der Festigkeit der Rückführstufe auftreten. Based on the problems and requirements of the prior art, it is the object of the invention to improve the initially defined return stage such that, despite improved aerodynamics, there are no problems with the strength of the return stage.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe schlägt eine Rückführstufe der eingangs genannten Art mit den zusätzlichen Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Daneben wird eine Radialturbomaschine umfassend eine erfindungsgemäße Rückführstufe zur Lösung vorgeschlagen. Auf diese Weise kann die Masse reduziert werden und die mechanische Belastung der Leitschaufeln als Befestigung des Schaufelbodens an dem Zwischenboden wird reduziert. The solution of the problem proposes a return stage of the type mentioned above with the additional features of claim 1. In addition, a radial turbomachine comprising a return stage according to the invention is proposed for solution. In this way, the mass can be reduced and the mechanical loading of the guide vanes as attachment of the blade bottom to the intermediate bottom is reduced.

Im Rahmen der Begriffswelt dieser Erfindung beziehen sich Begriffsangaben, wie axial, radial, tangential oder Umfangsrichtung auf eine Rotationsachse einer Radialturbomaschine, die eine Drehachse für eines oder mehrere Laufräder ist. Die erfindungsgemäße Rückführstufe erstreckt sich ringförmig in Umfangsrichtung um diese Rotationsachse. In the context of the conceptual world of this invention, terms such as axial, radial, tangential or circumferential direction refer to a rotational axis of a radial turbomachine, which is an axis of rotation for one or more wheels. The return stage according to the invention extends annularly in the circumferential direction about this axis of rotation.

Der Zwischenboden ist mittels Auflagern in der Regel an entsprechenden Kontaktflächen eines Gehäusebauteils abgestützt, so dass sowohl statische als auch dynamische Kräfte von dem Zwischenboden auf das Gehäuse übertragen werden. Eine derartige Verbindung kann beispielsweise eine Nut-Feder-Verbindung sein. Regelmäßig ist die Verbindung zwischen dem Zwischenboden und dem Gehäuse nicht nur zur statischen und dynamischen Abstützung von Kräften ausgebildet, sondern auch geeignet einen Druckunterschied in axialer Richtung abzudichten, weil die von den Laufrädern verursachten Differenzdrücke auch axial die Zwischenböden belasten. The intermediate bottom is supported by means of supports usually at corresponding contact surfaces of a housing component, so that both static and dynamic forces are transmitted from the intermediate floor to the housing. Such a compound may be, for example, a tongue and groove joint. Regularly, the connection between the intermediate bottom and the housing is not only designed for the static and dynamic support of forces, but also suitable to seal a pressure difference in the axial direction, because the differential pressures caused by the wheels load axially and the intermediate floors.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das von dem Hohlraum umschlossene Hohlvolumen mindestens 30%, bevorzugt mindestens 50% des Gesamtvolumens des Schaufelbodens beträgt. Auf diese Weise ist der erfindungsgemäße Schaufelboden gegenüber einem herkömmlichen Schaufelboden ansonsten gleicher Bauart um mindestens etwa 30%, bevorzugt mindestens 50% leichter. An advantageous development of the invention provides that the cavity enclosed by the hollow volume is at least 30%, preferably at least 50% of the total volume of the blade bottom. In this way, the blade bottom according to the invention is lighter than a conventional blade bottom of otherwise identical construction by at least about 30%, preferably at least 50%.

Je nach Anforderung kann der Hohlraum hermetisch abgedichtet ausgebildet sein oder alternativ mindestens eine Druckausgleichsöffnung aufweisen, so dass im Falle der Öffnung der Schaufelboden zusätzlich zu den sonstigen Belastungen keine Last aus Differenzdrücken zwischen dem Inneren des Hohlraums und dem Umgebungsdruck aufnehmen muss. Depending on requirements, the cavity may be hermetically sealed or, alternatively, have at least one pressure equalization opening, so that in the case of the opening of the blade bottom in addition to the other loads no load from differential pressures between the interior of the cavity and the ambient pressure must absorb.

Zu Dämpfungszwecken oder zum Zwecke der Stabilisierung kann der Hohlraum mit einem Füllmaterial gefüllt sein, das eine niedrigere Dichte aufweist als das den Hohlraum begrenzende Wandmaterial des Schaufelbodens. Auf diese Weise können Schwingungen gedämpft werden und zusätzliche Stabilisierungseffekte erzielt werden. Das Füllmaterial kann beispielsweise ein Metallschaum sein, ein leichteres Metall oder eine Keramik. Weiterhin kann als Füllmaterial ein entsprechend beständiger Kunststoff benutzt werden, der insbesondere die anliegenden Temperaturen erträgt. Mittels der Füllung kann auch eine spezifische Abstimmung des Schwingungsverhaltens des Schaufelbodens selbst und der gesamten Rückführstufe erzielt werden. For damping purposes or for the purpose of stabilization, the cavity may be filled with a filling material which has a lower density than the wall material bounding the cavity of the blade base. In this way vibrations can be damped and additional stabilization effects can be achieved. The filler may be, for example, a metal foam, a lighter metal or a ceramic. Furthermore, a correspondingly resistant plastic can be used as the filling material, which bears in particular the applied temperatures. By means of the filling, it is also possible to achieve a specific tuning of the vibration behavior of the blade bottom itself and of the entire return stage.

Eine Möglichkeit, den Schaufelboden gemäß der Erfindung herzustellen, ist die Anwendung eines Gießverfahrens. Alternativ kann der erfindungsgemäße Schaufelboden mittels spanender Bearbeitung aus dem Vollen hergestellt werden. Grundsätzlich ist es auch denkbar, mittels Umformverfahren den Schaufelboden herzustellen. Der Schaufelboden kann auch mittels Elektro-Erodierens hergestellt werden, wobei es auch denkbar ist, dass der erfindungsgemäß mit einem Hohlraum ausgebildete Schaufelboden, die Leitschaufeln und der Zwischenboden mittels Erodierens als ein einstückiges Bauteil erzeugt werden. Zweckmäßig kann eine Öffnung des Hohlraums des Schaufelbodens mittels eines Deckels verschlossen werden. Dieser Deckel kann stoffschlüssig und/oder formschlüssig an dem sonstigen Wandmaterial des Schaufelbodens befestigt werden. Eine stoffschlüssige Befestigung des Deckels wäre beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Kleben gegeben. Formschlüssig kann der Deckel mittels Schrauben oder mittels einer Bajonettverbindung an dem sonstigen Wandmaterial des Schaufelbodens angebracht werden. One way to make the blade bottom according to the invention is the use of a casting method. Alternatively, the blade floor according to the invention can be produced by machining from the solid. In principle, it is also conceivable to produce the blade bottom by means of forming processes. The blade bottom can also be produced by means of electric erosion, wherein it is also conceivable that the blade bottom formed according to the invention with a cavity, the guide blades and the intermediate base are produced by erosion as a one-piece component. Suitably, an opening of the cavity of the blade bottom can be closed by means of a lid. This cover can be firmly bonded and / or positively fastened to the other wall material of the blade floor. A cohesive attachment of the lid would be given for example by welding, soldering or gluing. The cover can be positively attached to the other wall material of the blade base by means of screws or by means of a bayonet connection.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch: In the following the invention with reference to a specific embodiment with reference explained in more detail on drawings. They show schematically:

1 ein axialer Längsschnitt durch den Ausschnitt eines Gehäuses einer Radialturbomaschine mit einer Rückführstufe und Laufrädern, 1 an axial longitudinal section through the cutout of a housing of a radial turbomachine with a return stage and wheels,

2 eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Schaufelbodens und 2 a first embodiment of a blade floor according to the invention and

3 eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Schaufelbodens im Längsschnitt. 3 a second embodiment of a blade according to the invention in longitudinal section.

Die 1 bis 3 zeigen jeweils einen Längsschnitt einer schematischen Darstellung entlang einer Rotationsachse X. 1 zeigt hierbei eine herkömmliche Rückführstufe RC einer Radialturbomaschine RTM, die als Verdichter CO ausgebildet ist. The 1 to 3 each show a longitudinal section of a schematic representation along a rotation axis X. 1 shows a conventional feedback stage RC a radial turbomachine RTM, which is designed as a compressor CO.

Die hier beispielhaft für einen Radialturboverdichter erläuterten Bauteile sind bauidentisch erfindungsgemäß auch umsetzbar als Radialturboexpander, wobei ein Prozessfluid diese Bauteile in der entgegengesetzten Richtung als bei einem Radialturboverdichter durchströmt. The components exemplified here for a radial turbocompressor are structurally identical according to the invention can also be implemented as a radial turboexpander, wherein a process fluid flows through these components in the opposite direction than in a radial turbocompressor.

Die 2 und 3 bilden jeweils den Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Schaufelbodens RR mit Leitschaufeln GV ab. The 2 and 3 each form the longitudinal section of a blade ground RR according to the invention with guide vanes GV.

1 zeigt Teile zweier aufeinanderfolgend durchströmter Stufen, einer ersten Stufe ST1 und einer zweiten Stufe ST2 des ausschnittsweise dargestellten Radialturboverdichters, wobei eine Rückführstufe RC zwischen den beiden Stufen ST1, ST2 hierbei vollständig dargestellt ist. Die beiden Stufen ST1, ST2 sind hier mit um die Rotationsachse X drehbar angeordneten Laufrädern, einem ersten Laufrad IP1 und einem zweiten Laufrad IP2 dargestellt. 1 shows parts of two successively flowed through stages, a first stage ST1 and a second stage ST2 of the radial turbo compressor shown in detail, wherein a feedback stage RC between the two stages ST1, ST2 is shown here completely. The two stages ST1, ST2 are shown here with wheels rotatably arranged about the rotation axis X, a first impeller IP1 and a second impeller IP2.

Ein Prozessfluid PF durchströmt in der Darstellung der 1 zunächst das erste Laufrad IP1 axial einströmend und radial ausströmend. Anschließend an das erste Laufrad IP1 erreicht das Prozessfluid PF radial nach außen strömend einen radial nach außen gerichteten ersten Strömungsabschnitt C1 und wird dort verzögert, gelangt stromabwärts in eine 180°-Umlenkung eines zweiten Strömungsabschnitts C2 und anschließend in eine radial nach innen gerichtete Rückführung eines dritten Strömungsabschnitts C3 der Rückführstufe RC. Stromabwärts des dritten Abschnitts C3 gelangt das Prozessfluid PF axial umgelenkt in das zweite Laufrad IP2, um dort wieder radial nach außen beschleunigt zu werden. A process fluid PF flows through in the illustration of 1 first, the first impeller IP1 axially flowing and radially outflowing. Subsequent to the first impeller IP1, the process fluid PF reaches a radially outwardly directed first flow section C1 and is decelerated there, passes downstream into a 180 ° deflection of a second flow section C2 and then into a radially inwardly directed return of a third Flow section C3 of the feedback stage RC. Downstream of the third section C3, the process fluid PF passes axially deflected into the second impeller IP2, where it is again accelerated radially outward.

Die Rückführstufe RC umfasst einen Schaufelboden RR, Leitschaufeln GV und einen Zwischenboden DGP. Der Zwischenboden DGP ist mittels mindestens eines Auflagers SUP in einer Auflagervorrichtung – hier in einem Gehäuse CAS – abgestützt und dort positioniert. Das Auflager SUP und der abstützende Abschnitt des Gehäuses CAS sind hierbei als Nut-Feder-Verbindung formschlüssig ausgebildet. The return stage RC comprises a blade floor RR, guide vanes GV and an intermediate floor DGP. The intermediate bottom DGP is supported by means of at least one support SUP in a support device - here in a housing CAS - and positioned there. The support SUP and the supporting portion of the housing CAS are in this case designed as a tongue and groove connection form-fitting.

In nicht näher dargestellter Weise weist die Rückführstufe RC bzw. weisen der Schaufelboden RR und der Zwischenboden DGP eine Teilfuge auf, die in einer gemeinsamen Ebene in etwa entlang der Rotationsachse X verläuft. Zweckmäßig für die Montage ist diese Teilfuge in der identischen Teilfugenebene gelegen, wie eine Teilfuge des Gehäuses CAS. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Rotor zwischen zwei Impellern teilbar ausgebildet ist oder die Impeller axial zueinander zum Zwecke der Montage verschieblich ausgebildet sind, so dass die Rückführstufen ungeteilt ausgebildet sein können und schrittweise mit den Impellern des Rotors zusammen montiert werden bevor ein Zusammenführung mit einem umgebenden Gehäuse stattfindet. Das Gehäuse CAS kann jedenfalls horizontal oder vertikal geteilt ausgebildet sein. In a manner not shown, the return stage RC or have the blade bottom RR and the intermediate bottom DGP on a parting line which extends in a common plane approximately along the axis of rotation X. Expedient for the assembly, this parting joint is located in the identical parting plane, as a parting line of the housing CAS. In principle, it is also conceivable that the rotor is designed to be divisible between two impellers or the impeller axially displaceable to each other for the purpose of assembly, so that the return stages can be formed undivided and are gradually assembled together with the impellers of the rotor before merging with takes place in a surrounding housing. The housing CAS can in any case be formed horizontally or vertically divided.

Die herkömmliche Ausbildung der Rückführstufe RC, die in der 1 gezeigt ist, sieht vor, dass der Schaufelboden RR, die Leitschaufeln GV und der Zwischenboden DGP aneinander befestigt sind. Vorliegend ist dies mittels Schrauben SCR gemacht, die mittels strichpunktierter Linien vereinfacht dargestellt sind. Damit die Schrauben SCR einerseits den Schaufelboden RR an dem Zwischenboden DGP hinreichend befestigen und damit eine Mindeststärke aufweisen müssen, muss andererseits in den Leitschaufeln GV eine hinreichend große Durchgangsbohrung vorgesehen werden, so dass das Profil der Leitschaufeln GV hinreichend stark ausgebildet sein muss. The conventional design of the feedback stage RC, which in the 1 is shown, provides that the blade floor RR, the guide vanes GV and the intermediate bottom DGP are attached to each other. In the present case this is done by means of screws SCR, which are shown simplified by dash-dotted lines. In order for the screws SCR, on the one hand, adequately to secure the blade floor RR to the intermediate floor DGP and thus to have a minimum thickness, on the other hand a sufficiently large through-bore must be provided in the guide vanes GV, so that the profile of the guide vanes GV must be sufficiently strong.

Alternativ kann eine stoffschlüssige Verbindung der Leitschaufeln GV an dem Schaufelboden RR und/oder an dem Zwischenboden DGP vorgesehen sein. Die Leitschaufeln GV können auch einstückig mit einem der beiden Komponenten-Schaufelboden RR oder Zwischenboden DGP- oder beiden Komponenten ausgebildet sein. Sollten die Leitschaufeln GV einstückig mit beiden Komponenten ausgebildet sein, ist es möglich, die Formgebung aus dem Vollen zu fräsen oder zu erodieren. Alternatively, a cohesive connection of the guide vanes GV may be provided on the blade floor RR and / or on the intermediate floor DGP. The guide vanes GV can also be formed in one piece with one of the two component blade floor RR or intermediate floor DGP or both components. If the guide vanes GV are integrally formed with both components, it is possible to mill or erode the shaping of the solid.

Zwischen den beiden Laufrädern IP1, IP2 ist eine Wellendichtung, die als zweites Labyrinth LB2 ausgebildet ist, vorgesehen, damit es von dem Austritt des ersten Laufrades IP1 in Richtung des Eintritts des zweiten Laufrades IP2 keine Bypassströmung parallel zu der Rückführstufe RC gibt. Eingangs der Laufräder IP1, IP2 (hier nur an dem zweiten Laufrad IP2 dargestellt) ist ebenfalls eine Wellendichtung vorgesehen, die als ein erstes Labyrinth LB1 ausgebildet ist. Diese Wellendichtung dient dazu, eine Bypassströmung vorbei an dem jeweiligen Laufrad IP1, IP2 zu minimieren, wobei die Leckage durch diese Wellendichtung der Strömungsrichtung durch das Laufrad IP1, IP2 entgegen gerichtet ist. Zumindest in dem Bereich der Wellendichtung an dem Laufrad IP1, IP2 ist das Laufrad mit einer radial äußeren Deckscheibe versehen. Vorliegend ist das Laufrad bis auf Eintritt und Austritt vollständig mittels der Deckscheibe CR geschlossen ausgebildet. Zwischen dem Laufrad IP1, IP2 und der Rückführstufe RC sind sogenannte Radseitenräume RSR ausgebildet. Between the two wheels IP1, IP2 is a shaft seal, which is designed as a second labyrinth LB2, provided so that there is no bypass flow parallel to the return stage RC from the exit of the first impeller IP1 in the direction of entry of the second impeller IP2. Input of the wheels IP1, IP2 (shown here only on the second impeller IP2) is also provided a shaft seal, which is designed as a first labyrinth LB1. This shaft seal serves a Minimizing bypass flow past the respective impeller IP1, IP2, wherein the leakage through this shaft seal is opposite to the direction of flow through the impeller IP1, IP2. At least in the area of the shaft seal on the impeller IP1, IP2, the impeller is provided with a radially outer cover plate. In the present case, the impeller is completely closed up to entry and exit by means of the cover plate CR. Between the impeller IP1, IP2 and the feedback stage RC so-called Radseitenräume RSR are formed.

In der 2 ist ein erfindungsgemäßer Schaufelboden RR abgebildet, der einen von Wandmaterial WM des Schaufelbodens RR begrenzten Hohlraum CV aufweist. Der Hohlraum CV weist ein umschlossenes Hohlraumvolumen CVV auf, das mindestens 30% des Gesamtvolumens RRV des Schaufelbodens RR beträgt. Der Hohlraum CV ist mittels eines Deckels COV des Wandmaterials WM des Schaufelbodens RR verschlossen. Der Deckel COV ist mittels einer Schweißnaht WD mit dem Rest des Wandmaterials WM stoffschlüssig verbunden. Optional kann zur Verhinderung von Differenzdrücken zwischen dem Inneren des Hohlraums CV und dem umgebenden Prozessfluid PF eine Druckausgleichsöffnung OP vorgesehen sein. Alternativ ist ein hermetisch dichter Hohlraum CV ebenfalls möglich. Insbesondere kann im letzteren Fall der Hohlraum CV mittels eines Füllmaterials FM ganz oder teilweise gefüllt sein. In the 2 a blade floor RR according to the invention is shown which has a cavity CV bounded by wall material WM of the blade floor RR. The cavity CV has an enclosed void volume CVV that is at least 30% of the total volume RRV of the blade floor RR. The cavity CV is closed by means of a cover COV of the wall material WM of the blade floor RR. The cover COV is materially connected by means of a weld WD with the rest of the wall material WM. Optionally, a pressure compensation opening OP can be provided to prevent differential pressures between the interior of the cavity CV and the surrounding process fluid PF. Alternatively, a hermetically sealed cavity CV is also possible. In particular, in the latter case, the cavity CV may be completely or partially filled by means of a filling material FM.

Bevorzugt und hier abgebildet ist eine einstückige Ausbildung der Leitschaufeln GV mit dem Deckel COV. Der Schaufelboden RR kann ganz oder teilweise als Gussbauteil ausgebildet sein. Alternativ ist es möglich, dass der Schaufelboden spanend aus dem Vollen hergestellt ist, insbesondere aus dem Vollen gefräst ist. Gleichfalls ist es zweckmäßig, wenn der Deckel COV des Schaufelbodens RR aus dem Vollen gefräst ist und wenn die Leitschaufeln GV einstückige Bestandteile des Deckels COV sind bzw. diese Bauteilkombination einstückig aus dem Vollen spanend herausgearbeitet worden ist. Preferred and shown here is a one-piece design of the guide vanes GV with the cover COV. The blade floor RR may be wholly or partially formed as a cast component. Alternatively, it is possible that the blade bottom is machined from the solid, in particular milled from the solid. Likewise, it is expedient if the cover COV of the blade ground RR is milled from the solid and if the guide vanes GV are integral components of the cover COV or this component combination has been machined from the solid one piece.

In 3 ist der erfindungsgemäße Schaufelboden RR als einstückiges Gussbauteil dargestellt, der Hohlraum CV ist hierbei mittels eines Kerns im Gussverfahren realisiert worden. In 3 the blade bottom RR according to the invention is shown as a one-piece cast component, the cavity CV has been realized by means of a core in the casting process.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3430307 A1 [0007]
EP 592803 B1 [0007]
US 2010/0272564 A1 [0007]

Claims

Return stage (RC) for a radial turbomachine (RTM) comprising an intermediate floor (DGP) and a blade floor (RR), wherein the intermediate floor (DGP) supports (SUP) on which the intermediate floor is positioned supportable, wherein the blade floor (RR) to the intermediate floor (DGP) is fixed by means of guide vanes to form a radial return duct (CH), characterized in that the blade bottom (RR) has at least one cavity (CV).

The recirculation (RC) of claim 1, wherein the void volume (CVV) enclosed by the cavity (CV) is at least 30% of the total volume (RRV) of the airfoil (RR).

Feedback stage (RC) according to one of claims 1, 2, wherein the cavity (CV) is hermetically sealed.

Return stage (RC) according to one of claims 1, 2, wherein the cavity (CV) has at least one pressure equalization opening (OP).

The recirculation stage (RC) according to one of the preceding claims, wherein the cavity (CV) is filled with a filling material (FM) having a lower density than the cavity (CV) limiting wall material (WM) of the blade bottom (RR).

Return stage (RC) according to one of the preceding claims, wherein the blade bottom (RR) is formed as a casting.

The recirculation stage (RC) according to one of the preceding claims 1 to 5, wherein the Schaufelbodden (RR) is formed as made of the solid by machining machining component.

The return stage (RC) according to one of the preceding claims 1 to 5, wherein the blade bottom (RR) is formed as a component produced from the solid by means of electro-eroding machining.

The recirculation stage (RC) according to any one of the preceding claims, wherein the blade floor (RR) has a lid (COV) for closing a cavity opening (CVOP).

Return stage (RC) according to claim 9, wherein the cover (COV) is firmly bonded to the wall material (WM) of the remaining blade bottom (RR).

Return stage (RC) according to one of the preceding claims 9 or 10, wherein the lid is positively mounted on the remaining wall material (WM) of the blade floor (RR).

Radial turbomachine (RTM) with a feedback stage (RC) according to one of the preceding claims 9 or 11.