DE102016108762A1

DE102016108762A1 - Radialverdichter

Info

Publication number: DE102016108762A1
Application number: DE102016108762.9A
Authority: DE
Inventors: Kolja Metz; Christian Wacker
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2017-11-16
Also published as: EP3455501A1; CN109154304A; KR20190011746A; WO2017194229A1; US20190285080A1; CA3023378A1; JP2019515186A

Abstract

Radialverdichter, umfassend einen Rotor, ein Gehäuse und ein Radialverdichterlaufrad, das drehfest auf dem Rotor angeordnet ist, wobei das Radialverdichterlaufrad eine Radscheibe umfasst, auf der in Umfangsrichtung Laufschaufeln angeordnet sind, die eine Eintrittskante und eine Austrittskante umfassen, wobei der Radialverdichter im Bereich vor der Eintrittskante der Laufschaufeln des Radialverdichterlaufrads eine Laufradnabe umfasst, die an einem Ende des Rotors und/oder an der Radscheibe konzentrisch und drehfest auf diesem angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Laufradnabe in Umfangsrichtung Laufschaufeln angeordnet sind, die ihrerseits Eintrittskanten und Austrittskanten umfassen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter bestehend aus einem Radialverdichterlaufrad, einer Radscheibe mit gleichmäßig in Umfangsrichtung angeordneten Laufschaufeln mit einer Eintrittskante sowie einer Austrittskante, wobei das Radialverdichterlaufrad auf einem Rotor befestigt ist, auf dem eine an das Radialverdichterlaufrad angrenzende Laufradnabe befestigt ist.
Radialverdichter wandeln mechanische Energie in Druckenergie um, indem sie die Zentrifugalbeschleunigung ausnutzen, diese bestehen im Wesentlichen aus einem Laufrad, welches auf einem antreibenden Rotor befestigt ist, einem Diffusor und einem Gehäuse. Das Laufrad weist eine Mehrzahl von Laufschaufeln auf und in Abhängigkeit vom Einsatzzweck erfolgt die mechanische Ausführung des Laufrades nach Art eines geschlossenen oder eines offenen Laufrads. Bei geschlossenen Laufrädern sind die Laufschaufeln mit einer Deckscheibe versehen, bei offenen Laufrädern wiesen die Schaufeln eine freie Außenkante auf.
Das Fördergas wird etwa im Zentrum des Verdichters axial angesaugt und durch die Fliehkraft verdichtet und nach außen beschleunigt, wobei im umfangsseitig angeordneten Diffusor die kinetische Energie größtenteils in zusätzlichen Druck umgesetzt und das Fördergas weiter komprimiert wird.
Die Energieumwandlung bei Radialverdichtern ist mit entsprechenden Strömungs-, Reibungs- und Spaltverlusten verbunden, deshalb ist es zur Erhöhung der Wirkungsgrade wichtig, nicht nur das Radialverdichterlaufrad allein zu optimieren, sondern auch die angrenzenden Bauteile mit zu betrachten.
In der DE 691 06 179 T2 wird ein Diagonal-Verdichter beschrieben und dargestellt, dieser umfasst ein Laufrad mit Laufschaufeln und einer daran anschließende Laufradnabe am Ende des Rotors.
Eine Laufradnabe liegt im Eintrittsbereich eines Radialverdichters und je nach Größe der Laufradnabe ist die maximale Eintrittsfläche des zu verdichtenden Mediums und somit der Saugvolumenstrom ab Eintrittskante begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Radialverdichterlaufrad anzugeben, das eine vergrößerte Eintrittsfläche zu Beginn der Verdichtung ab Eintrittskante ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Radialverdichter umfassend ein in einem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor, auf dem ein Radialverdichterlaufrad drehfest angeordnet ist. Das Radialverdichterlaufrad umfasst eine Radscheibe, auf der in Umfangsrichtung Laufschaufeln angeordnet sind und die eine Eintrittskante und eine Austrittskante umfassen.
Im Bereich vor der Eintrittskante umfasst das Radialverdichterlaufrad eine Laufradnabe, die an einem Ende des Rotors konzentrisch und drehfest auf diesem angeordnet ist.
Auf der Laufradnabe sind neuartigerweise in Umfangsrichtung Laufschaufeln angeordnet, somit stellt die Laufradnabe nun einen Teil eines beschaufelten Strömungskanals dar und dadurch erhöht sich die maximale Eintrittsfläche im Saugmund des Radialverdichterlaufrads zugunsten eines höheren Saugvolumenstroms.
Die Verteilung der Laufschaufeln der Radscheibe und der Laufschaufeln der Laufradnabe können übereinstimmen und somit ein zusammenhängendes Schaufelprofil bilden, alternativ ist auch ein nicht zusammenhängendes Schaufelprofil mit nicht übereinstimmender Verteilung der Laufschaufeln möglich.
Denkbar ist auch, dass die Anzahl der Laufschaufeln von Radscheibe und Laufradnabe unterschiedlich ist.
Zudem ist auch denkbar, dass zwischen den Laufschaufeln der Laufradnabe und/oder der Radscheibe Leitschaufeln angeordnet sind.
Grundsätzlich kann das Laufrad offen oder geschlossen sein, eine in Umfangsrichtung hin geschlossene oder teilweise geschlossene Laufradnabe ist ebenfalls denkbar.
1: zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts durch die erfindungsgemäße Anordnung in einem Radialverdichter mit offener Radscheibe bzw. offener Laufradnabe, insbesondere im Bereich der Radscheibe und der Laufradnabe.
2: zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts durch die erfindungsgemäße Anordnung in einem Radialverdichter mit geschlossener Radscheibe bzw. geschlossener Laufradnabe, insbesondere im Bereich der Radscheibe und der Laufradnabe.
In 1 ist der erfindungsgemäße Radialverdichter ausschnittsweise im Querschnitt dargestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Radialverdichter einen Rotor 10, ein nicht dargestelltes Gehäuse und ein Radialverdichterlaufrad 11, das drehfest auf dem Rotor 10 angeordnet ist.
Das Radialverdichterlaufrad 11 umfasst eine Radscheibe 12, auf der in Umfangsrichtung Laufschaufeln 13 angeordnet sind, die eine Eintrittskante 14 und eine Austrittskante 15 umfassen.
Im Bereich vor der Eintrittskante 14 der Laufschaufeln 13 des Radialverdichterlaufrads 11 umfasst der Radialverdichter eine Laufradnabe 16, die an einem Ende des Rotors 10 und/oder am Laufrad 12 drehfest auf diesem angeordnet ist.
Auf der Laufradnabe 16 sind in Umfangsrichtung Laufschaufeln 17 angeordnet, die ihrerseits Eintrittskanten 18 und Austrittskanten 19 umfassen.
In einer alternativen Ausführungsvariante kann die umfangsseitige Verteilung der Laufschaufeln 13 der Radscheibe 12 und der Laufschaufeln 17 der Laufradnabe 16 des erfindungsgemäßen Radialverdichters übereinstimmen, so dass sich im Wesentlichen ein zusammenhängendes Schaufelprofil ausbildet.
In einer weiteren Alternative können die umfangsseitige Verteilung der Laufschaufeln 13 der Radscheibe 12 und der Laufschaufeln 17 der Laufradnabe 16 des erfindungsgemäßen Radialverdichters unterschiedlich sein, so dass sich kein zusammenhängendes Schaufelprofil ausbildet.
Optional ist es auch denkbar, dass die Anzahl der Laufschaufeln 17 der Laufradnabe 16 unterschiedlich zu der Anzahl der Laufschaufeln 13 der Radscheibe 12 sind.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radialverdichters ergibt sich dadurch, dass zwischen den Laufschaufeln 13, 17 der Laufradnabe 16 und/oder der Radscheibe 12 nicht dargestellte Leitschaufeln angeordnet sind.
Weitere Alternativen ergeben sich noch in Bezug auf die Ausgestaltung der Radscheibe 12, die einerseits offen gestaltet sein kann oder andererseits können die Laufschaufeln 13 mit einer Deckscheibe 21 versehen sein (2).
Ebenfalls kann die Laufradnabe 16 einerseits offen gestaltet sein oder andererseits können die Laufschaufeln 17 mit einer Deckscheibe 20 versehen sein (2).
Bezugszeichenliste

10: Rotor
11: Radialverdichterlaufrad
12: Radscheibe
13: Laufschaufeln der Radscheibe
14: Eintrittskante der Laufschaufeln der Radscheibe
15: Austrittskante der Laufschaufeln der Radscheibe
16: Laufradnabe
17: Laufschaufeln der Laufradnabe
18: Eintrittskante der Laufschaufeln der Laufradnabe
19: Austrittskante der Laufschaufeln der Laufradnabe
20: Deckscheibe Laufradnabe
21: Deckscheibe Radialverdichterlaufrad

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 69106179 T2 [0005]

Claims

Radialverdichter, umfassend einen Rotor (10), ein Gehäuse und ein Radialverdichterlaufrad (11), das drehfest auf dem Rotor (10) angeordnet ist, wobei das Radialverdichterlaufrad (11) eine Radscheibe (12) umfasst, auf der in Umfangsrichtung Laufschaufeln (13) angeordnet sind, die eine Eintrittskante (14) und eine Austrittskante (15) umfassen, wobei der Radialverdichter im Bereich vor der Eintrittskante (14) der Laufschaufeln (13) des Radialverdichterlaufrads (11) eine Laufradnabe (16) umfasst, die an einem Ende des Rotors (10) und/oder an der Radscheibe (12) konzentrisch und drehfest auf diesem angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Laufradnabe (16) in Umfangsrichtung Laufschaufeln (17) angeordnet sind, die ihrerseits Eintrittskanten (18) und Austrittskanten (19) umfassen.
Radialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die umfangsseitige Verteilung der Laufschaufeln (13) der Radscheibe (12) und der Laufschaufeln (17) der Laufschaufelnabe (16) übereinstimmt und somit im Wesentlichen ein zusammenhängendes Schaufelprofil ausgebildet ist.
Radialverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umfangsseitige Verteilung der Laufschaufeln (13) der Radscheibe (12) und der Laufschaufeln (17) der Laufradnabe (16) unterschiedlich ist und somit das Schaufelprofil nicht zusammenhängend ausgebildet ist.
Radialverdichter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Laufschaufeln (17) der Laufradnabe (16) unterschiedlich zu der Anzahl der Laufschaufeln (13) der Radscheibe (12) ist.
Radialverdichter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Laufschaufeln (13, 17) der Laufradnabe (16) und/oder der Radscheibe (12) Leitschaufeln angeordnet sind.
Radialverdichter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Radscheibe (12) offen ist.
Radialverdichter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Radscheibe (12) durch eine Deckscheibe (21) geschlossen ist.
Radialverdichter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradnabe (16) offen ist.
Radialverdichter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradnabe (16) durch eine Deckscheibe (20) geschlossen ist.