DE102014222877A1

DE102014222877A1 - Laufrad einer Radialturbofluidenergiemaschine, Stufe

Info

Publication number: DE102014222877A1
Application number: DE102014222877.8A
Authority: DE
Inventors: Werner Jonen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2016-05-12
Also published as: RU2662989C1; CN107002701A; EP3183460A1; WO2016074889A1; US20170314576A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laufrad (IMP) einer Radialturbofluidenergiemaschine (RTF) umfassend – eine Radscheibe (SW), – eine Deckscheibe (CW), – Schaufeln (BL), – eine Nabe (HB), wobei die Nabe (HB) derart ausgebildet ist, auf einer sich entlang einer Achse (X) erstreckenden Welle (SH) montiert zu werden, wobei die Radscheibe (SW) sich von der Nabe (HB) ausgehend im Wesentlichen radial erstreckt, wobei die Deckscheibe (CW) mittels der Schaufeln (BL) mit der Radscheibe (SW) verbunden ist, derart, dass zwischen der Radscheibe (SW) und der Deckscheibe (CW) durch die Schaufeln (BL) in Umfangsrichtung in mindestens einem Radialbereich des Laufrads (IMP) in Umfangsrichtung voneinander getrennte Strömungskanäle (FC) definiert sind, wobei das Laufrad (IMP) einen ersten Strömungspfaddurchtritt (O1) in im Wesentlichen axialer Richtung in radialer Nähe zu der Nabe (HB) aufweist, wobei das Laufrad (IMP) einen zweiten Strömungspfaddurchtritt (O2) in im Wesentlichen radialer Richtung radial weiter entfernt von der Nabe (HB) aufweist als der erste Strömungspfaddurchtritt (O1). Zur Reduktion von Verlusten der Strömung bei gleichzeitig optimiertem Fertigungsaufwand wird vorgeschlagen, dass die der Radscheibe (SW) zugewendete Oberfläche der Deckscheibe (CW) zumindest bereichsweise eine geringere Rauheit aufweist als die der Deckscheibe (CW) zugewendete Oberfläche der Radscheibe (SW). Daneben schlägt die Erfindung eine entsprechende Stufe, ein Verfahren zur Erzeugung eines umströmten Bauteils und ein entsprechend hergestelltes Bauteil vor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad einer Radialturbofluidenergiemaschine umfassend: eine Radscheibe, eine Deckscheibe, Schaufeln und eine Nabe. Die Nabe ist hierbei derart ausgebildet, auf einer sich entlang einer Achse erstreckenden Welle montiert zu werden, wobei die Radscheibe sich von der Nabe ausgehend im Wesentlichen radial erstreckt, wobei die Deckscheibe mittels der Schaufeln mit der Radscheibe verbunden ist, derart, dass zwischen der Radscheibe und der Deckscheibe durch die Schaufeln in Umfangsrichtung in mindestens einem Radialbereich des Laufrads in Umfangsrichtung voneinander getrennte Strömungskanäle definiert sind, wobei das Laufrad einen ersten Strömungspfaddurchtritt in im Wesentlichen axialer Richtung in radialer Nähe zu der Nabe aufweist, wobei das Laufrad einen zweiten Strömungspfaddurchtritt in im Wesentlichen radialer Richtung radial weiter entfernt von der Nabe aufweist als der erste Strömungspfaddurchtritt. Daneben beschäftigt sich die Erfindung mit einer Stufe umfassend ein derart definiertes Laufrad. Daneben schlägt die Erfindung außerdem ein Verfahren zur Erzeugung eines von einer Strömung benetzten rotierenden Bauteils einer Fluidenergiemaschine vor.
Derartige Turbofluidenergiemaschinen sind als Verdichter oder Expander bekannt. Die radiale Bauweise eines Laufrades ist hierbei in offener oder geschlossener Art möglich, wobei die Erfindung sich mit dem geschlossenen Laufrad beschäftigt, so dass eine Deckscheibe gegenüber der Radscheibe die einzelnen Strömungskanäle axial und radial definiert. Bei der Durchströmung und Umströmung von radialen Laufrädern entstehen an den strömungsbenetzten Oberflächen reibungsbedingte Druckverluste, die den Wirkungsgrad der Turbomaschine reduzieren. Bei jeweils gegebenen Betriebsbedingungen bezüglich der Gasart, des Drucks und der Temperatur sind die lokalen reibungsbedingten Druckverluste abhängig von der lokalen Strömungsgeschwindigkeit sowie der lokalen Rauheit der strömungsbenetzten Oberfläche.
Aus der EP 0 593 797 B1 ist es bereits bekannt, die Rauheit von Bauteilen gezielt einzusetzen, dadurch bedingte Auswirkungen auf die Strömung zu verändern und diese Erkenntnis auf einen radialen Turboverdichter anzuwenden.
Ausgehend von den beschriebenen Nachteilen des Standes der Technik hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, Wirkungsgradverbesserungen an radialen Turbofluidenergiemaschinen der eingangs genannten Art herbeizuführen, ohne den bisher notwendigen Fertigungsaufwand zu erhöhen. Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird ein Laufrad der eingangs definierten Art mit den zusätzlichen Merkmalen des Kennzeichens des unabhängigen Anspruchs 1 vorgeschlagen. Außerdem wird eine Stufe gemäß dem abhängigen Anspruch 8 vorgeschlagen. Die jeweils rückbezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung geht in ihrer Terminologie davon aus, dass während der Fertigung an den entsprechenden Komponenten des erfindungsgemäßen Laufrads (Deckscheibe, Radscheibe, Schaufeln und Nabe) zunächst eine einheitliche Rauheit vorgesehen ist und diese Rauheit in den erfindungsgemäß definierten jeweiligen Bereichen durch eine zusätzliche Behandlung herabgesetzt wird. Auf diese Weise entstehen stets Oberflächenbereiche, in denen eine niedrigere Rauheit ist und sonstige Bereiche, in denen diese Behandlung nicht durchgeführt wurde und wo eine demgegenüber erhöhte Rauheit vorliegt. Grundsätzlich ist es erfindungsgemäß auch denkbar, dass eine Aufrauhung der übrigen Bereiche gegenüber den Bereichen erfolgt, die in der Rauigkeit reduziert sind. Diese Variante ist jedoch weniger bevorzugt.
Große Druckverluste treten dort auf, wo die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und die lokalen Rauheiten der überströmten Oberflächen groß sind. Üblicherweise wird für die strömungsbenetzen Oberflächen der eingangs genannten Laufräder, die auch als Radialräder bezeichnet werden, sowohl im Schaufelkanal – also hinsichtlich der Schaufeloberflächen bzw. der Laufradkanalgründe im Inneren des Laufrades – als auch außen auf der Radscheibe bzw. auf der Deckscheibe eine jeweils einheitliche maximal zulässige Rauheit gefordert. Diese Rauheit ist beispielsweise mit der genormten Bezeichnung RZ12 angegeben. Diese einheitliche Rauheit wird insbesondere dann gefordert, wenn die entsprechenden Oberflächen aus einem Bauteil bzw. Rohling erzeugt werden bzw. einen gemeinsamen abschließenden Fertigungsgang erfahren.
Die bisherige Praxis, das Laufrad und entsprechende Bauteile der Turbofluidenergiemaschine, die von der Strömung benetzt sind, mit einer einheitlichen Oberflächengüte auszubilden, führt zu einem hohen Fertigungsaufwand und hohen Kosten bei dem Versuch, dadurch bedingte Strömungsverluste zu minimieren. Entsprechende Polieraufgaben und Maßnahmen zur Herabsetzung der Oberflächenrauheit sind häufig in Handarbeit auszuführen und daher sehr teuer. Die Erfindung vermeidet einen Teil dieser Kosten.
In der obigen gattungsgemäßen Definition des Laufrads ist die Nabe als zumindest separater Begriff eingeführt. In der Regel ist die Nabe mit der Radscheibe einstückig ausgebildet und dementsprechend nur gedanklich wegen der Funktion der Verbindung mit der Welle separiert. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass die Nabe, die Radscheibe und die Schaufeln einstückig ausgebildet sind oder sogar aus einem einzigen Rohteil gefertigt sind. Daneben ist es außerdem möglich, dass die Deckscheibe, die Schaufeln, die Radscheibe und die Nabe einstückig ausgebildet sind oder sogar aus einem einzigen Rohteil gefertigt sind, beispielsweise mittels moderner Fräsverfahren oder mittels Erodierens. Im Zuge neuster Entwicklungen ist auch eine Herstellung mittels ‚Additive Manufacturing‘ denkbar.
Eine erfindungsgemäße Erkenntnis liegt darin, dass die lokale Strömungsgeschwindigkeit herkömmlich häufig nicht sinnvoll an eine gegebene lokale Oberflächenrauheit angepasst ist. Dadurch entstehen hohe reibungsbedingte Druckverluste in den Bereichen, wo hohe lokale Strömungsgeschwindigkeiten mit hohen Rauigkeiten zusammentreffen. Die Erfindung schlägt daher vor, im Bereich hoher Strömungsgeschwindigkeiten die strömungsbenetzte Oberfläche mit kleinerer Rauheit auszuführen als im Bereich kleinerer Strömungsgeschwindigkeiten.
Daneben schlägt die Erfindung außerdem ein Verfahren zur Erzeugung eines von einer Strömung benetzten rotierenden Bauteils einer Fluidenergiemaschine vor, mit den Schritten:

a. strömungstechnische Auslegung des Bauteils,
b. Festlegung mindestens eines Grenzwertes für einen ersten Quotient aus der Überströmungsgeschwindigkeit von Oberflächenbereichen des Bauteils in einem Abstand δ geteilt durch eine Umfangsgeschwindigkeit jeweils bezogen auf einen Auslegungsbetriebspunkt,
c. Bestimmung von Oberflächenbereichen des Bauteils, in denen der erste Quotient über dem Grenzwert liegt,
d. Erzeugung des Bauteils unter Erzeugung mindestens zweier verschiedener Rauheiten für Oberflächenbereiche, einer ersten niedrigeren Rauheit in zumindest einigen Oberflächenbereichen, in denen der erste Quotient über dem Grenzwert liegt und Erzeugung oder Belassen einer höheren Rauheit in zumindest einigen Oberflächenbereichen, in denen der erste Quotient unter dem Grenzwert liegt.

Daneben beschäftigt sich die Erfindung mit einem Bauteil, das gemäß dem vorab definierten Verfahren erzeugt wurde. Besonders bevorzugt ist hierbei das Laufrad einer Radialturbofluidenergiemaschine, insbesondere eines Radialturboverdichters.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass das Bauteil aus einem einstückigen Rohling erzeugt wird. Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Bauteil einstückig ausgebildet ist, wobei bevorzugt keine zerstörungsfrei lösbaren Bestandteile an dem Bauteil vorgesehen sind. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in einem Fertigungsschritt Oberflächenbereiche, die zu einer ersten Gruppe von Oberflächenbereichen gehören einer Behandlung unterzogen werden, die die Oberflächenrauheit herabsetzt. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in einem weiteren Verfahrensschritt Oberflächenbereiche, die einer zweiten Gruppe von Oberflächenbereichen zugeordnet sind, einer Behandlung unterzogen werden, die die Oberflächenrauheit erhöht.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt entlang einer Achse eines Rotors einer Radialturbofluidenergiemaschine durch ein erfindungsgemäßes Laufrad,
2 eine Detailansicht gemäß II auf 2
3 eine Verlaufsdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
1 zeigt ein Laufrad IMP einer Radialturbofluidenergiemaschine RTF, die hier ausschnittsweise mit einer Stufe STA schematisch wiedergegeben ist. Das Laufrad IMP wird von einem Strömungsfluid PF im Betrieb als Verdichter entlang einer Hauptströmungsrichtung MFD durchströmt. Wird das Laufrad IMP in einer als Turbine ausgebildeten Radialturbofluidenergiemaschine eingesetzt, strömt das Prozessfluid PF entlang einer Hauptströmungsrichtung MFD‘ die entgegengesetzt der Hauptströmungsrichtung MFD für den Verdichter gerichtet ist. Wenn in der Folge auf eine konkrete Hauptströmungsrichtung MFD, MFD‘ Bezug genommen wird, wird dies auf einer Ausbildung der Radialturbofluidenergiemaschine RTF als Verdichter getan, ohne die Erfindung auf einen Verdichter einzuschränken.
Das Laufrad IMP umfasst eine Radscheibe SW, Schaufeln BL und eine Deckscheibe CW, wobei die Radscheibe SW eine Nabe HB umfasst. Mittels der Nabe HB wird das Laufrad IMP auf eine nicht dargestellte Welle SH montiert, die sich entlang einer Rotationsachse X erstreckt. Auf diese Rotationsachse X sind in der Folge sämtliche Begriffe, die sich auf eine Achse beziehen lassen, beispielsweise axial, radial, Umfangsrichtung, usw., bezogen, wenn dies nicht anders angegeben ist.
In dem dargestellten Beispiel ist die Schaufel BL dreidimensional über die Breitenrichtung des Strömungskanals FC verwunden gestaltet. Diese Gestaltung ist typisch für Laufräder, die ein hohes Schluckvermögen aufweisen. Die Schaufeln BL erstrecken sich nicht nur in dem im Wesentlichen radial verlaufenden Abschnitt des Strömungskanals FC sondern auch in dem axialer verlaufenden Abschnitt. Eine Anwendung der Erfindung auf Laufräder IMP mit Schaufeln BL, die sich im Wesentlichen in dem sich radial erstreckenden Abschnitt befinden ist auch zweckmäßig. Diese Laufräder IMP sind häufiger in sogenannten Hochdruckverdichtern eingesetzt und weisen meist im Wesentlichen zylindrisch gestaltete Schaufeln BL auf.
Die Radscheibe SW erstreckt sich ausgehend von der Nabe HB im Wesentlichen radial. Die Deckscheibe CW ist mittels der Schaufeln BL mit der Radscheibe SW verbunden. Auf diese Weise ergeben sich zwischen der Radscheibe SW und der Deckscheibe CS durch die Schaufeln BL in Umfangsrichtung in mindestens einem Radialbereich des Laufrads IMP voneinander getrennte Strömungskanäle FC. In den Radialbereichen, in denen die Schaufel BL sich nicht erstreckt, liegt keine Trennung in Umfangsrichtung des Strömungskanals FC vor, wobei weiterhin ein gemeinsamer Strömungskanal radial und axial durch die Radscheibe SW und die Deckscheibe SC definiert ist.
Im Wesentlichen in der Mitte zwischen der Radscheibe SW und der Deckscheibe CW erstreckt sich ausgehend von einer Axialrichtung im Bereich der Einströmung im Falle des Verdichters die Hauptströmungsrichtung MFD entlang einer Umlenkung in Richtung der Radialen bis zu einem Austritt aus dem Laufrad IMP. Der für den Fall des Radialturboverdichters als Eintritt bezeichnete Abschnitt des Laufrads IMP ist im Sinne der Allgemeingültigkeit in der Terminologie der Erfindung als erster Strömungspfaddurchtritt O1 bezeichnet. Analog ist der Austritt als zweiter Strömungspfaddurchtritt O2 bezeichnet.
Das Laufrad IMP ist von einem Stator STO umgeben, der mit einem Abstand zwischen dem Laufrad IMP und dem Stator STO sogenannte Radseitenräume WSC beidseitig des Laufrades IMP definiert.
Exemplarisch ist linksseitig des Laufrads IMP dargestellt, wie der Radseitenraum WSC mittels einer als Labyrinthdichtung ausgebildeten Wellendichtung abgedichtet ist, damit es nicht zu einer ungewollten Beipassströmung durch den Radseitenraum WSC an dem Strömungskanal FC des Laufrades IMP vorbei kommt. Eine analoge Abdichtung befindet sich nicht dargestellt auf der rechten Seite des Laufrades IMP in der Praxis ebenfalls. Der Strömungskanal FC des Laufrades IMP mündet in einen Ringraum RC des Stators STO in radialer Richtung, so dass im Falle des Verdichters das Prozessfluid FD in fortgesetzter Ausströmungsrichtung MFD aus dem Laufrad IMP abströmen kann und sich gegebenenfalls in eine nicht dargestellte abschließende Rückführstufe zu einem weiteren Laufrad IMP oder in einen Sammelraum geführt wird zur Abströmung aus der Radialturbofluidenergiemaschine RTF.
Die der Radscheibe SW zugewendete Oberfläche der Deckscheibe CW ist zumindest bereichsweise, in dem Beispiel vollständig, mit einer geringeren Rauheit ausgebildet als die der Deckscheibe zugewendete Oberfläche der Radscheibe SW. Hierbei ist vorgesehen, dass die Schaufeln BL in einem näher und angrenzend der Deckscheibe CW liegenden ersten Schaufeloberflächenbereich BLA1 eine geringere Rauheit aufweisen als ein zweiter zu der Deckscheibe CW fernerliegender Schaufeloberflächenbereich BLA2 der Schaufeln. Weiterhin ist vorgesehen, dass der erste Schaufeloberflächenbereich BLA1 mit zunehmender Ferne von der Nabe HB einen abnehmenden Anteil des Strömungskanals FC senkrecht zur Hauptströmungsrichtung MFD aufweist. Im Einzelnen erstreckt – in dem dargestellten Fall einer dreidimensional über die Breitenrichtung des Strömungskanals FC verwunden gestalteten Schaufel BL – sich der erste Schaufeloberflächenbereich BLA1 in dem Abschnitt, der der Nabe HB am nächsten ist, über mehr als 40% der Breite des Strömungskanals FC senkrecht zur Hauptströmungsrichtung MFD und verkleinert sich kontinuierlich bis zum der Nabe HB fernsten Abschnitt in Radialrichtung auf weniger als 35% der Breite des Strömungskanals FC senkrecht zur Hauptströmungsrichtung MFD.
Neben dem Inneren des Laufrads IMP ist auch ein Teil der äußeren Oberfläche des Laufrads IMP zum Zwecke der Verlustreduktion hinsichtlich der Rauheit angepasst. Die Deckscheibe CW ist auf der von den Schaufeln BL abgewendeten Oberfläche in einem dritten Oberflächenbereich CWA3 mit einer geringeren Rauheit ausgeführt als in einem sonstigen vierten Oberflächenbereich CWA4. Der dritte Oberflächenbereich CWA3 erstreckt sich hierbei radial über einen radial äußeren bis zu 50%igen Anteil der Radialerstreckung der Deckscheibe CW. In der Zeichnung ist der kleinste Durchmesser der reduzierten Rauheit mit DRZ angeben, wobei sich der Bereich bis zu dem äußersten Durchmesser D2 des Laufrades IMP erstreckt. In dem konkreten Ausführungsbeispiel ist der geringste Durchmesser der reduzierten Rauheit DRZ für die Deckscheibe CW und für die Radscheibe SW identisch ausgebildet. In der Praxis können die jeweiligen Durchmesser deckscheibenseitig und radscheibenseitig sich unterscheiden. Die Radscheibe weist auf der von den Schaufeln BL angewendeten Oberfläche in einem fünften Oberflächenbereich SWA5 eine geringere Rauheit auf als in einem sonstigen sechsten Oberflächenbereich SWA6. Zweckmäßig ist der fünfte Oberflächenbereich SWA5 sich radial über einen äußeren bis 50%igen Anteil der radialen Erstreckung der Radscheibe ausgedehnt ausgebildet.
Eine radial äußere, sich in Umfangsrichtung erstreckende ringförmige Kantenfläche ES sowohl der Deckscheibe CW als auch der Radscheibe SW ist jeweils mit einer geringeren Rauheit als die sonstigen Bereiche ausgefüllt, die keine geringere Rauheit aufweisen. Vorteilhaft und zweckmäßig ist diese geringere Rauheit auch auf die äußersten Kanten der Schaufeln BL angewendet.
3 zeigt schematisch ein Verlaufsdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines von einer Strömung benetzten Bauteils COM einer Fluidenergiemaschine FEM. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Laufrad IMP oder ein Teil einer Stufe STA handeln, das strömungsbenetzt ist. Ausgehend von thermodynamischen Daten THD sieht das Verfahren vor, aus einem Rohling GRN das benetzte Bauteil COM zu erzeugen.
In einem ersten Schritt a. erfolgt die strömungstechnische Auslegung des Bauteils COM anhand der thermodynamischen Daten THD. Der erste Schritt der Auslegung ist Grundlage für den zweiten Schritt b., in dem ein Grenzwert LIM festgelegt wird, für einen ersten Quotienten QO1 aus der Überströmungsgeschwindigkeit VL von Oberflächenbereichen SUA des Bauteils COM in einem Abstand δ geteilt durch eine Umfangsgeschwindigkeit UV jeweils bezogen auf einen Auslegungsbetriebspunkt. Diese Überströmungsgeschwindigkeit VL ist der entsprechenden strömungstechnischen Berechnung in einem bestimmten Abstand δ von der eigentlichen Bauteiloberfläche zu entnehmen. Die Umfangsgeschwindigkeit ergibt sich aus dem Auslegungsbetriebspunkt direkt aus dem jeweiligen Durchmesser und der Drehzahl (n, ω). Während in dem Beispiel der 3 lediglich ein Grenzwert LIM für den ersten Quotienten QO1 festgelegt wird, ist es möglich, dass im Rahmen der Erfindung auch von unteren und oberen Grenzwerten bestimmte Quotienten-Wertebereiche festgelegt werden, denen in nachfolgenden Schritten Oberflächenbereiche SUA zugeordnet werden, in denen im Rahmen der Fertigung verschiedene Rauheiten vorzusehen sind.
In einem dritten Schritten c. wird anhand des Grenzwertes LIM ein Oberflächenbereich SUA festgelegt, der hinsichtlich des ersten Quotienten QO1 über dem Grenzwert LIM liegt. In dem Ausführungsbeispiel der 3 wird dementsprechend die Oberfläche des Bauteils COM in zwei Gruppen unterteilt, einer Gruppe, für die der erste Quotient QO1 über dem Grenzwert LIM liegt und eine Gruppe, für die der erste Quotient QO1 unter dem Grenzwert LIM liegt.
Ein vierter Schritt d. beschäftigt sich mit der Erzeugung des Bauteils COM aus einem Rohling und der Herstellung mindestens zweier verschiedener Rauheiten RZ für die Oberflächenbereiche SUA. Der Rohling GRN kann als rohes Werkstück zum Fräsen aus dem vollen, als Halbzeug, in Teilen oder auch in Form eines Pulvers zum Sintern oder als sonstiger Rohstoff zur Erzeugung des Bauteils COM vorliegen. Entscheidend im Sinne der Erfindung ist, dass eine Oberflächenbeschaffenheit in einem Bearbeitungsschritt nach der Erfindung hergestellt wird. Eine erste niedrigere Rauheit RZ wird in zumindest einigen Oberflächenbereichen SUA erzeugt, in denen die Überströmungsgeschwindigkeit VL über dem Grenzwert LIM liegt. Eine höhere Rauheit RZ wird erzeugt oder belassen in zumindest einigen Oberflächenbereichen SUA, in denen die Überströmungsgeschwindigkeit VL unter dem Grenzwert LIM liegt. Das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Bauteil COM einer Fluidenergiemaschine FEM.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0593797 B1 [0003]

Claims

Laufrad (IMP) einer Radialturbofluidenergiemaschine (RTF) umfassend – eine Radscheibe (SW), – eine Deckscheibe (CW), – Schaufeln (BL), – eine Nabe (HB), wobei die Nabe (HB) derart ausgebildet ist, auf einer sich entlang einer Achse (X) erstreckenden Welle (SH) montiert zu werden, wobei die Radscheibe (SW) sich von der Nabe (HB) ausgehend im Wesentlichen radial erstreckt, wobei die Deckscheibe (CW) mittels der Schaufeln (BL) mit der Radscheibe (SW) verbunden ist, derart, dass zwischen der Radscheibe (SW) und der Deckscheibe (CW) durch die Schaufeln (BL) in Umfangsrichtung in mindestens einem Radialbereich des Laufrads (IMP) in Umfangsrichtung voneinander getrennte Strömungskanäle (FC) definiert sind, wobei das Laufrad (IMP) einen ersten Strömungspfaddurchtritt (O1) in im Wesentlichen axialer Richtung in radialer Nähe zu der Nabe (HB) aufweist, wobei das Laufrad (IMP) einen zweiten Strömungspfaddurchtritt (O2) in im Wesentlichen radialer Richtung radial weiter entfernt von der Nabe (HB) aufweist als der erste Strömungspfaddurchtritt (O1), dadurch gekennzeichnet, dass die der Radscheibe (SW) zugewendete Oberfläche der Deckscheibe (CW) zumindest bereichsweise eine geringere Rauheit aufweist als die der Deckscheibe (CW) zugewendete Oberfläche der Radscheibe (SW).
Laufrad (IMP) nach Anspruch 1, wobei die Schaufeln (BL) in einem näher und angrenzend der Deckscheibe (CW) liegenden ersten Schaufeloberflächenbereich (BLA1) eine geringere Rauheit aufweisen als ein zweiter, zu der Deckscheibe (CW) ferner liegender Schaufeloberflächenbereich (BLA2) der Schaufeln (BL).
Laufrad nach Anspruch 2, wobei der erste Schaufeloberflächenbereich (BLA1) mit zunehmender Ferne von der Nabe (HB) einen abnehmenden Anteil des Strömungskanals (FC) senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (MFD) aufweist.
Laufrad nach Anspruch 3, wobei die Schaufel (BL) als dreidimensional verwundene Schaufel (BL) ausgebildet ist, wobei der erste Schaufeloberflächenbereich (BLA1) sich in dem Abschnitt, der der Nabe (HB) am nächsten ist, über mehr als 40% der Breite des Strömungskanals (FC) senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (MFD) erstreckt und sich kontinuierlich verkleinert, bis zum der Nabe (HB) fernsten Abschnitt auf weniger als 35% der Breite des Strömungskanals (FC) senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (MFD).
Laufrad nach Anspruch 3, wobei die Schaufel (BL) als im Wesentlichen zylindrische Schaufel (BL) ausgebildet ist, wobei der erste Schaufeloberflächenbereich (BLA1) sich in dem Abschnitt, der der Nabe (HB) am nächsten ist, über mehr als 40% der Breite des Strömungskanals (FC) senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (MFD) erstreckt und sich kontinuierlich verkleinert, bis zum der Nabe (HB) fernsten Abschnitt auf mehr als 70% der Breite des Strömungskanals (FC) senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (MFD).
Laufrad nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Deckscheibe (CW) auf der von den Schaufeln (BL) abgewendeten Oberfläche in einem dritten Oberflächenbereich (CWA3) eine geringere Rauheit aufweist, als in einem sonstigen vierten Oberflächenbereich (CWA4), wobei der dritte Oberflächenbereich (CWA3) sich radial über einen äußeren bis zu 50%igen Anteil der radialen Erstreckung der Deckscheibe (CW) erstreckt.
Laufrad nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Radscheibe (SW) auf der von den Schaufeln (BL) abgewendeten Oberfläche in einem fünften Oberflächenbereich (SWA5) eine geringere Rauheit aufweist, als in einem sonstigen sechsten Oberflächenbereich (SWA6), wobei der fünfte Oberflächenbereich (SWA5) sich radial über einen äußeren 10%igen bis 50%igen Anteil der radialen Erstreckung der Radscheibe (SW) erstreckt.
Laufrad nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckscheibe (CW) und/oder die Radscheibe (SW) jeweils eine radial äußere, sich in Umfangsrichtung erstreckende Kantenfläche (ES) aufweist, die eine geringere Rauheit, als die sonstigen Bereiche, die keine geringere Rauheit aufweisen.
Stufe (STA) einer Radialturbofluidenergiemaschine (RTF) umfassend ein rotierendes Laufrad (IMP) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 und einen das Laufrad (IMP) umgebenden Stator (STO), wobei der Stator (STO) einen sich an den zweiten Strömungspfad durchtritt (O2) anschließenden Ringraum (RC) aufweist, der sich im Wesentlichen radial und in Umfangsrichtung erstreckt, wobei ein sich an den zweiten Strömungspfaddurchtritt (O2) anschließender Abschnitt des Ringraums (RC) über mehr als 15% der Radialerstreckung des Ringraums (RC) eines siebten Oberflächenbereich (RCA7) eine reduzierte Rauheit gegenüber einem achten Oberflächenbereich (RCA8) der restlichen Radialerstreckung aufweist.
Verfahren zur Erzeugung eines von einer Strömung benetzten rotierenden Bauteils (COM) einer Fluidenergiemaschine (FEM), insbesondere eines Laufrads (IMP) oder einer Stufe (STA) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: a. strömungstechnische Auslegung des Bauteils (COM), b. Festlegung mindestens eines Grenzwertes (LIM) für einen ersten Quotient (QO1) aus der Überströmungsgeschwindigkeit (VL) von Oberflächenbereichen (SUA) des Bauteils (COM) in einem Abstand (δ) geteilt durch eine Umfangsgeschwindigkeit (UV) jeweils bezogen auf einen Auslegungsbetriebspunkt, c. Bestimmung von Oberflächenbereichen (SUA) des Bauteils (COM), in denen der erste Quotient (QO1) über dem Grenzwert (LIM) liegt, d. Erzeugung des Bauteils (COM) unter Erzeugung mindestens zweier verschiedener Rauheiten (RZ) für Oberflächenbereiche (SUA), einer ersten niedrigeren Rauheit (RZ) in zumindest einigen Oberflächenbereichen (SUA), in denen der erste Quotient (QO1) über dem Grenzwert (LIM) liegt und Erzeugung oder Belassen einer höheren Rauheit (RZ) in zumindest einigen Oberflächenbereichen (SUA), in denen der erste Quotient (QO1) unter dem Grenzwert (LIM) liegt.
Bauteil (COM) erzeugt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 9.