DE102020003686A1

DE102020003686A1 - Turbo machine for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102020003686A1
Application number: DE102020003686.4A
Authority: DE
Inventors: Stanislav Mihal; Stephan Kraetschmer
Original assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2021-12-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine (1) mit einem rotierbaren Rotor (3), der ein Laufrad (6) und ein mitdrehbares Rotorlagerelement (7, 14) aufweist, wobei ein Laufradrücken (8) und eine dem Laufradrücken (8) zugewandte Oberfläche (9) des Rotorlagerelements (7, 14) axial voneinander beabstandet sind und ein Gehäuseelement (11) zwischen dem Laufradrücken (8) und der Oberfläche (9) angeordnet ist, und mit einer zwischen dem Rotorlagerelement (7, 14) und dem Gehäuseelement (11) angeordneten Luftlagereinrichtung (15, 26), mittels derer der Rotor (3) in axialer Richtung an dem Gehäuse (4, 11, 30) gelagert ist und die einen Lagerfoliensatz (16, 31) umfasst. Erfindungsgemäß weist eine Pufferfolie (18, 33) eine wellige Struktur (19) auf, wodurch zwischen der Pufferfolie (18, 33) und dem Gehäuse (4, 11, 30) ein Kühlkanalnetzwerk (22, 35) gebildet ist, das von einem Kühlfluid (24) zum Kühlen einer Deckfolie (17, 32) durchströmbar ist.The invention relates to a turbomachine (1) with a rotatable rotor (3) which has an impeller (6) and a rotor bearing element (7, 14) that can rotate with it, with an impeller back (8) and a surface (9) facing the impeller back (8) ) of the rotor bearing element (7, 14) are axially spaced from one another and a housing element (11) is arranged between the impeller back (8) and the surface (9), and with one between the rotor bearing element (7, 14) and the housing element (11) arranged air bearing device (15, 26), by means of which the rotor (3) is mounted in the axial direction on the housing (4, 11, 30) and which comprises a set of bearing foils (16, 31). According to the invention, a buffer film (18, 33) has a wavy structure (19), as a result of which a cooling channel network (22, 35) is formed between the buffer film (18, 33) and the housing (4, 11, 30), which is formed by a cooling fluid (24) can be flowed through for cooling a cover film (17, 32).

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a turbomachine, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Strömungsmaschine kommt bei Kraftwagen üblicherweise dazu zum Einsatz, eine besonders dichte Füllung eines Brennraums einer Verbrennungskraftmaschine mit Luft zu gewährleisten. Hierzu wird mittels der Strömungsmaschine Luft verdichtet, welche dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Dementsprechend weist die Strömungsmaschine üblicherweise einen Verdichter auf, mittels dessen Luft, die dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuzuführen ist, verdichtbar ist bzw. verdichtet wird. Ferner umfasst die Strömungsmaschine ein Gehäuse und einen um eine Rotationsachse relativ zu dem Gehäuse drehbaren Rotor, welcher wenigstens ein Laufrad umfasst. Das Laufrad ist beispielsweise ein Verdichterrad des Verdichters, wobei die Luft mittels des Verdichterrads verdichtet wird. Die Strömungsmaschine kann als ein Abgasturbolader ausgebildet sein, wobei dann der Verdichter bzw. das Laufrad in einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Des Weiteren weist ein solcher Abgasturbolader eine in einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnete Turbine auf, mittels derer der Verdichter bzw. das Verdichterrad antreibbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Strömungsmaschine einen elektrisch antreibbaren Verdichter aufweisen.Such a flow machine is usually used in motor vehicles to ensure a particularly tight filling of a combustion chamber of an internal combustion engine with air. For this purpose, air is compressed by means of the flow machine, which is fed to the combustion chamber of the internal combustion engine. Accordingly, the turbomachine usually has a compressor, by means of which air, which is to be supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine, can be or is compressed. Furthermore, the turbomachine comprises a housing and a rotor which is rotatable about an axis of rotation relative to the housing and which comprises at least one impeller. The impeller is, for example, a compressor wheel, the air being compressed by means of the compressor wheel. The turbomachine can be designed as an exhaust gas turbocharger, the compressor or the impeller then being arranged in an intake tract of the internal combustion engine. Furthermore, such an exhaust gas turbocharger has a turbine arranged in an exhaust gas tract of the internal combustion engine, by means of which the compressor or the compressor wheel can be driven. Alternatively or additionally, the turbo machine can have an electrically drivable compressor.

Die Strömungsmaschine umfasst ferner ein mit dem Rotor mitdrehbares Rotorlagerelement, wobei ein Laufradrücken des Laufrads und eine dem Laufradrücken zugewandte Oberfläche des Rotorlagerelements über einen Abstand axial voneinander beabstandet sind. Das Rotorlagerelement ist beispielsweise als eine Spurscheibe ausgebildet. Ein Gehäuseelement des Gehäuses ist zwischen dem Laufradrücken und der Oberfläche des Rotorlagerelements angeordnet, sodass das Gehäuseelement zwischen dem Laufradrücken und die dem Laufradrücken zugewandte Oberfläche des Rotorlagerelements bzw. der Spurscheibe eingreift. Infolgedessen ist die Oberfläche des Rotorlagerelements einer ersten Seite des Gehäuseelements zugewandt, während der Laufradrücken einer der ersten Seite entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Seite des Gehäuseelements zugewandt ist.The turbomachine further comprises a rotor bearing element rotatable with the rotor, an impeller back of the impeller and a surface of the rotor bearing element facing the impeller back being axially spaced from one another by a distance. The rotor bearing element is designed, for example, as a track disk. A housing element of the housing is arranged between the back of the impeller and the surface of the rotor bearing element, so that the housing element engages between the back of the impeller and the surface of the rotor bearing element or the track disk facing the back of the impeller. As a result, the surface of the rotor bearing element faces a first side of the housing element, while the back of the impeller faces a side of the housing element that is opposite or opposite to the first side.

Weiter umfasst die Strömungsmaschine eine Luftlagereinrichtung, mittels derer der Rotor zumindest in axialer Richtung an dem Gehäuse gelagert ist. Die Luftlagereinrichtung umfasst dabei wenigstens ein an dem Gehäuse gehaltenes, erstes Lagerteil und wenigstens ein damit korrespondierendes, zweites Lagerteil, das relativ zu dem ersten Lagerteil mit dem Rotor mitdrehbar ist. Insbesondere ist das erste Lagerteil durch das Gehäuse, beispielsweise das Gehäuseelement, gebildet, während das zweite Lagerteil beispielsweise durch das Rotorlagerelement bzw. die Spurscheibe gebildet ist oder an diesem angebracht bzw. befestigt ist. Der Rotor ist somit über das zweite Lagerteil bzw. über die Spurscheibe zumindest mittelbar an dem ersten Lagerteil abstützbar. Unter einer solchen mittelbaren Abstützung ist zu verstehen, dass infolge einer Drehung des zweiten Lagerteils bzw. der Spurscheibe relativ zu dem ersten Lagerteil zwischen den Lagerteilen ein Luftpolster oder Luftkissen entsteht, über welches das zweite Lagerteil zumindest in axialer Richtung am ersten Lagerteil abgestützt bzw. abstützbar ist. Hierdurch kann ein unerwünschter, direkter Kontakt zwischen den Lagerteilen vermieden werden.The turbomachine further comprises an air bearing device, by means of which the rotor is mounted on the housing at least in the axial direction. The air bearing device comprises at least one first bearing part held on the housing and at least one corresponding second bearing part which is rotatable with the rotor relative to the first bearing part. In particular, the first bearing part is formed by the housing, for example the housing element, while the second bearing part is formed, for example, by the rotor bearing element or the track disk, or is attached or fastened to it. The rotor can thus be supported at least indirectly on the first bearing part via the second bearing part or via the track disk. Such an indirect support means that, as a result of a rotation of the second bearing part or the track disc relative to the first bearing part, an air cushion or air cushion is created between the bearing parts, via which the second bearing part is supported or can be supported at least in the axial direction on the first bearing part is. In this way, undesired, direct contact between the bearing parts can be avoided.

Die Strömungsmaschine ist eine Luftversorgungseinheit und dabei als hochdrehende Strömungsmaschine ausgebildet, welche während ihres Betriebs besonders hohe Drehzahlen aufweist. Dabei kann mittels der Luftlagereinrichtung eine hinreichende Lagerung auch bei hohen Drehzahlen realisiert werden. Die Luftlagereinrichtung ist dabei ein aerodynamisches Luftlager, welches das zuvor genannte Luftpolster oder Luftkissen als axiale Lagerung nutzt. Die Luftlagereinrichtung weist zumindest einen Lagerfoliensatz auf. Der jeweilige Lagerfoliensatz umfasst seinerseits wenigstens eine Trägerfolie bzw. Pufferfolie („Bumpfoil“) und wenigstens eine Deckfolie („Topfoil“). Die jeweilige Deckfolie ist üblicherweise mit einer Gleitbeschichtung versehen, welche beispielsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht. Folglich ist die Luftlagereinrichtung zumindest teilweise durch ein Folienlager ausgebildet oder weist dieses zumindest auf.The turbo machine is an air supply unit and is designed as a high-speed turbo machine which has particularly high speeds during its operation. Adequate storage can also be achieved at high speeds by means of the air bearing device. The air bearing device is an aerodynamic air bearing which uses the aforementioned air cushion or air cushion as an axial bearing. The air bearing device has at least one set of bearing foils. The respective storage film set for its part comprises at least one carrier film or buffer film (“Bumpfoil”) and at least one cover film (“Topfoil”). The respective cover film is usually provided with a sliding coating, which consists for example of polytetrafluoroethylene (PTFE). Consequently, the air bearing device is at least partially formed by or at least has a film bearing.

Durch die Rotationsbewegung des Rotors im Gehäuse bildet sich das Luftkissen bzw. Luftpolster zwischen den Lagerteilen aus, wobei das Luftpolster in der Lage ist, den Rotor, der auch als Laufzeug bezeichnet werden kann, zu tragen. Dieses Wirkprinzip gilt sowohl für die radiale als auch für die axiale Lagerung des Laufzeugs bzw. Rotors. Solange der Rotor in dem Gehäuse stillsteht, liegen die beiden Lagerteile üblicherweise direkt aneinander an. Wenn die Strömungsmaschine dann in Betrieb genommen wird, wird zunächst ein Mischreibungsgebiet durchfahren, bevor der Rotor bzw. das Rotorlagerelement vom ersten Lagerteil bzw. vom Gehäuse abhebt und sich das Luftpolster ausbildet.As a result of the rotational movement of the rotor in the housing, the air cushion or air cushion is formed between the bearing parts, the air cushion being able to carry the rotor, which can also be referred to as a rotating tool. This operating principle applies to both the radial and the axial mounting of the running gear or rotor. As long as the rotor is stationary in the housing, the two bearing parts are usually in direct contact with one another. When the turbomachine is then put into operation, a mixed friction area is first passed through before the rotor or the rotor bearing element lifts off the first bearing part or the housing and the air cushion is formed.

Die DE 10 2014 018 096 A1 und die DE 10 2015 007 379 A1 offenbaren jeweils eine solche herkömmliche Strömungsmaschine mit einer Luftlagereinrichtung.the DE 10 2014 018 096 A1 and the DE 10 2015 007 379 A1 each disclose such a conventional turbomachine with an air bearing device.

Es kommt im Betrieb solcher herkömmlichen Strömungsmaschinen zu einer Schubkraft, die axial auf den Rotor wirkt. Diese Schubkraft ist unerwünscht, da hierdurch insbesondere die axiale Lagerung des Rotors zusätzlich belastet wird. Diese axial auf den Rotor wirkende Schubkraft wird durch eine Druckdifferenz zwischen einem laufradrückenseitigen Druckgebiet und einem Druckgebiet, das axial betrachtet auf der anderen Seite des Laufrads - einer Schaufelseite des Laufrads - herrscht, erzeugt. Beispielsweise handelt es sich bei dem laufradrückenseitigen Druckgebiet um ein Hochdruckgebiet, während es sich bei dem anderen Druckgebiet um ein Niederdruckgebiet handelt. Durch die im Betrieb axial auf den Rotor wirkende Schubkraft kann es dazu kommen, dass die beiden Lagerteile während des Betriebs der Strömungsmaschine übermäßiger thermischer Belastung ausgesetzt sind, etwa weil sich das Luftkissen aufgrund der axial wirkenden Schubkraft verkleinert und infolgedessen das Luftkissen nur noch in unzureichendem Maße Wärme aufnehmen bzw. von dem Rotor abführen kann. Dann ist die Gleitbeschichtung der übermäßigen thermischen ausgesetzt, was letztendlich zu einer Beschädigung der Gleitbeschichtung führt. Ist die Gleitbeschichtung beschädigt, ist ein Wirkungsgrad der Luftlagereinrichtung und folglich der der herkömmlichen Strömungsmaschine in nachteiliger Weise verringert.During the operation of such conventional turbomachines, a thrust force occurs which acts axially on the rotor. This thrust force is undesirable, since it particularly stresses the axial bearing of the rotor. This thrust force acting axially on the rotor is generated by a pressure difference between a pressure area on the back of the impeller and a pressure area which, viewed axially, prevails on the other side of the impeller - a blade side of the impeller. For example, the pressure area on the back of the impeller is a high pressure area, while the other pressure area is a low pressure area. The thrust force acting axially on the rotor during operation can result in the two bearing parts being exposed to excessive thermal stress during operation of the turbomachine, for example because the air cushion is reduced in size due to the axially acting thrust force and, as a result, the air cushion is only insufficient Can absorb heat or dissipate it from the rotor. Then the slide coating is exposed to the excessive thermal, which ultimately leads to damage to the slide coating. If the sliding coating is damaged, the efficiency of the air bearing device and consequently that of the conventional fluid machine is disadvantageously reduced.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Strömungsmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass diese besonders effizient kühlbar ist. The object of the present invention is to further develop a turbomachine of the type mentioned at the beginning in such a way that it can be cooled particularly efficiently.

Diese Aufgabe wird durch eine Strömungsmaschine mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a turbomachine with the features specified in claim 1. Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um eine Strömungsmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass diese besonders effizient kühlbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens eine Pufferfolie des wenigstens einen Lagerfoliensatzes eine wellige Struktur aufweist, wodurch zwischen dieser Pufferfolie und dem Gehäuse ein Kühlkanalnetzwerk gebildet ist, das von einem Kühlfluid, zum Beispiel Luft, zum Kühlen einer Deckfolie des Lagerfoliensatzes durchströmbar ist. So wird die Deckfolie nicht nur durch das Luftkissen oberhalb der Deckfolie gekühlt, sondern zusätzlich dazu durch das das Kühlkanalnetzwerk durchströmende Kühlfluid unterhalb der Deckfolie. Insoweit ist - insbesondere in einem Betrieb der Strömungsmaschine - eine besonders effiziente Kühlung realisiert.In order to further develop a turbomachine of the type specified in the preamble of claim 1 in such a way that it can be cooled particularly efficiently, the invention provides that at least one buffer film of the at least one storage film set has a wavy structure, as a result of which a cooling channel network is formed between this buffer film and the housing , through which a cooling fluid, for example air, can flow for cooling a cover film of the storage film set. Thus, the cover film is not only cooled by the air cushion above the cover film, but also by the cooling fluid flowing through the cooling channel network underneath the cover film. In this respect, particularly efficient cooling is implemented, especially when the turbo machine is in operation.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the single figure can be used not only in the specified combination, but also in other combinations or on their own, without the frame to leave the invention.

Dabei zeigt

1 eine schematische und geschnittene Teilansicht einer Strömungsmaschine mit einem Gehäuse sowie mit einem Rotor, der ein Laufrad und ein Rotorlagerelement umfasst; und
2 eine schematische und geschnittene Ansicht eines Rotorlagerelements der Strömungsmaschine.

It shows

1 a schematic and sectional partial view of a turbomachine with a housing and with a rotor which comprises an impeller and a rotor bearing element; and
2 a schematic and sectional view of a rotor bearing element of the turbomachine.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols.

In 1 ist in schematischer und geschnittener Teilansicht eine Strömungsmaschine 1 teilweise dargestellt. Die Strömungsmaschine 1 ist dazu ausgebildet, in einem Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen, eingesetzt zu werden und mit einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens zusammenzuwirken. Alternativ kann die Strömungsmaschine 1 als ein Bestandteil der Verbrennungskraftmaschine betrachtet werden. Die Strömungsmaschine 1 ist insbesondere als ein Abgasturbolader oder als ein unabhängig von einem Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine betreibbarer Luftverdichter („E-Turbo“, „Kompressor“) ausgebildet. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Strömungsmaschine 1 sowohl durch den Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine als auch von einer weiteren Antriebseinheit antreibbar ist, die separat zu der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Dies ist beispielsweise der Fall für einen Abgasturbolader, dessen Turboladerwelle alternativ oder zusätzlich zu der Abgasturbine beispielsweise elektrisch antreibbar ist. Allen Strömungsmaschinen, die - wie auch die Strömungsmaschine 1 - dazu eingesetzt sind, eine besonders dichte Füllung in dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zu gewährleisten, weisen einen Verdichter 2 zum Verdichten der Luft auf.In 1 is a schematic and sectional partial view of a turbomachine 1 partially shown. The turbo machine 1 is designed to be used in a motor vehicle, in particular a passenger car and / or truck, and to interact with an internal combustion engine of the motor vehicle. Alternatively, the turbo machine 1 be regarded as a component of the internal combustion engine. The turbo machine 1 is designed in particular as an exhaust gas turbocharger or as an air compressor (“e-turbo”, “compressor”) that can be operated independently of an exhaust gas flow from the internal combustion engine. It can further be provided that the turbo machine 1 can be driven both by the exhaust gas flow of the internal combustion engine and by a further drive unit which is designed separately from the internal combustion engine. This is the case, for example, for an exhaust gas turbocharger, the turbocharger shaft of which can be driven electrically as an alternative or in addition to the exhaust gas turbine, for example. All turbomachines that - as well as the turbomachine 1 - Are used to ensure a particularly tight filling in the combustion chamber of the internal combustion engine, have a compressor 2 to compress the air.

Die Strömungsmaschine 1 weist weiter einen Rotor 3 auf, dessen Bestandteile in Bezug zu einem Gehäuse 4 der Strömungsmaschine 1 um eine Rotationsachse 5 rotierbar bzw. drehbar sind. Der Rotor 3 umfasst ein Laufrad 6 und ein mit dem Rotor 3 bzw. mit dem Laufrad 6 mitdrehbares Rotorlagerelement 7. Das Laufrad 6 und das Rotorlagerelement 7 sind in Bezug zu der Rotationsachse 5 zueinander koaxial hintereinander, insbesondere unmittelbar hintereinander, angeordnet. Mit anderen Worten fallen eine Längsmittenachse einer Nabe des Laufrads 6 und eine Längsmittenachse einer Nabe des Rotorlagerelements 7 zusammen. Des Weiteren fallen die Längsmittenachsen mit der Rotationsachse 5 zusammen bzw. ist die Rotationsachse 5 durch die beiden Längsmittenachsen definiert oder gebildet. Der Verdichter 2 ist im vorliegenden Beispiel als ein Radialverdichter ausgebildet, wobei das Laufrad 6 ein Verdichterrad des Radialverdichters bzw. Verdichters 2 bildet.The turbo machine 1 further has a rotor 3 on, its components in relation to a housing 4th the turbo machine 1 around an axis of rotation 5 are rotatable or rotatable. The rotor 3 includes an impeller 6th and one with the rotor 3 or with the impeller 6th rotatable rotor bearing element 7th . The impeller 6th and the rotor bearing element 7th are in relation to the axis of rotation 5 to each other coaxially one behind the other, in particular directly one behind the other, arranged. In other words fall a longitudinal center axis of a hub of the impeller 6th and a longitudinal center axis of a hub of the rotor bearing element 7th together. Furthermore, the longitudinal center axes coincide with the axis of rotation 5 together or is the axis of rotation 5 defined or formed by the two longitudinal center axes. The compressor 2 is designed in the present example as a radial compressor, the impeller 6th a compressor wheel of the centrifugal compressor or compressor 2 forms.

Ein Laufradrücken 8 des Laufrads 6 und eine dem Laufradrücken 8 zugewandte Oberfläche 9 des Rotorlagerelements 7 sind über einen Abstand 10 axial, das heißt entlang der Rotationsachse 5, voneinander beabstandet. In den Abstand 10 greift ein (erstes) Gehäuseelement 11 des Gehäuses 4 ein und erstreckt sich von radial außen senkrecht zur Rotationsachse 5 in Richtung hin zu dieser. Mit anderen Worten ist das Gehäuseelement 11 zwischen dem Laufrad 6 und dem Rotorlagerelement 7 angeordnet. Infolgedessen sind eine (erste) Gehäuseoberfläche 12 und die Oberfläche 9 des Rotorlagerelements 7 einander zugewandt und eine weitere (zweite) Gehäuseoberfläche 13 und der Laufradrücken 8 sind ebenfalls einander zugewandt. Hierbei sind die Gehäuseoberflächen 12, 13 einander entgegengesetzt, also an einander entgegengesetzten Seiten des Gehäuseelements 11 angeordnet.An impeller back 8th of the impeller 6th and one to the back of the impeller 8th facing surface 9 of the rotor bearing element 7th are over a distance 10 axially, that is, along the axis of rotation 5 , spaced from each other. In the distance 10 engages a (first) housing element 11 of the housing 4th a and extends from radially outside perpendicular to the axis of rotation 5 towards towards this. In other words, it is the housing element 11 between the impeller 6th and the rotor bearing element 7th arranged. As a result, are a (first) housing surface 12th and the surface 9 of the rotor bearing element 7th facing each other and another (second) housing surface 13th and the back of the impeller 8th are also facing each other. Here are the housing surfaces 12th , 13th opposite to one another, that is to say on opposite sides of the housing element 11 arranged.

Das Rotorlagerelement 7 ist vorliegend als eine Spurscheibe 14 ausgebildet und grenzt direkt an das Laufrad 6 bzw. an das Verdichterrad an. Demnach können das Laufrad 6 und das Rotorlagerelement 7 bzw. die Spurscheibe 14 bei einer Herstellung der Strömungsmaschine 1 kraft-, form- und/oder stoffschlüssig aneinander befestigt worden sein. Des Weiteren ist es denkbar, dass das Laufrad 6 und die Spurscheibe 14 bzw. das Rotorlagerelement 7 miteinander einstückig ausgebildet sind. Der Laufradrücken 8, die Oberfläche 9 des Rotorlagerelements 7 bzw. der Spurscheibe 14, die erste Gehäuseoberfläche 12 und die zweite Gehäuseoberfläche 13 sind jeweils parallel zueinander angeordnet und zumindest bereichsweise plan bzw. eben ausgebildet. Zumindest in einem Bereich, in dem der Laufradrücken 8 und die zweite Gehäuseoberfläche 13 bzw. die Oberfläche 9 und die erste Gehäuseoberfläche 12 einander direkt gegenüberliegen, sind die Flächen 8, 9, 12, 13 senkrecht zu der Rotationsachse 5 angeordnet.The rotor bearing element 7th is present as a track disc 14th trained and is directly adjacent to the impeller 6th or to the compressor wheel. Accordingly, the impeller 6th and the rotor bearing element 7th or the track disc 14th in the manufacture of the turbomachine 1 be non-positively, positively and / or firmly attached to one another. It is also conceivable that the impeller 6th and the track disc 14th or the rotor bearing element 7th are formed integrally with one another. The back of the impeller 8th , the surface 9 of the rotor bearing element 7th or the track disc 14th , the first surface of the case 12th and the second housing surface 13th are each arranged parallel to one another and are at least partially planar or planar. At least in an area where the back of the wheel is 8th and the second housing surface 13th or the surface 9 and the first housing surface 12th directly opposite each other are the surfaces 8th , 9 , 12th , 13th perpendicular to the axis of rotation 5 arranged.

Zwischen dem Rotorlagerelement 7 bzw. der Spurscheibe 14 und dem Gehäuseelement 11 weist die Strömungsmaschine 1 des Weiteren eine (erste) Luftlagereinrichtung 15 auf, mittels derer der Rotor 3 in axialer Richtung an dem Gehäuse 4, insbesondere an dem Gehäuseelement 11, gelagert ist. Folglich handelt es sich bei der Luftlagereinrichtung 15 um ein Axiallager, welches als axiales Luftlager ausgebildet ist. Zum Lagern des Rotors 3 an dem Gehäuse 4 bzw. an dem Gehäuseelement 11 umfasst die Luftlagereinrichtung 15 einen Lagerfoliensatz 16, der wenigstens eine Deckfolie 17 („Topfoil“) und wenigstens eine Pufferfolie 18 („Bumpfoil“) aufweist. Die Pufferfolie 18, die auch als Trägerfolie bezeichnet werden kann, weist eine wellenförmige Struktur 19 auf und ist zwischen der Deckfolie 17 und der ersten Gehäuseoberfläche 12 gehäusefest, das heißt an dem Gehäuseelement 11, gehalten. Die Deckfolie 17 ist über der wellenförmigen bzw. welligen Struktur 19 der Puffer- bzw. Trägerfolie 18 angeordnet, etwa darüber gespannt, und ebenfalls an der ersten Gehäuseoberfläche 12 des Gehäuseelements 11 befestigt. Between the rotor bearing element 7th or the track disc 14th and the housing element 11 instructs the turbo machine 1 furthermore a (first) air bearing device 15th on, by means of which the rotor 3 in the axial direction on the housing 4th , in particular on the housing element 11 , is stored. Consequently, it is the air bearing device 15th around an axial bearing, which is designed as an axial air bearing. For storing the rotor 3 on the housing 4th or on the housing element 11 includes the air bearing device 15th a set of storage foils 16 , the at least one cover sheet 17th ("Topfoil") and at least one buffer film 18th ("Bumpfoil"). The buffer film 18th , which can also be referred to as a carrier film, has a wavy structure 19th on and is between the cover sheet 17th and the first housing surface 12th fixed to the housing, that is to say on the housing element 11 , held. The cover sheet 17th is above the wavy or wavy structure 19th the buffer or carrier film 18th arranged, about stretched over it, and also on the first housing surface 12th of the housing element 11 attached.

Infolgedessen bilden die Folien 17, 18 ein gehäusefest, das heißt an dem Gehäuseelement 11, gehaltenes Gehäuselagerteil 20, wobei der Lagerfoliensatz 16 vollständig an dem Gehäuseelement 11 gehalten ist.As a result, the foils form 17th , 18th a fixed to the housing, that is to say on the housing element 11 , held housing bearing part 20th , where the stock foil set 16 completely on the housing element 11 is held.

Die erste Luftlagereinrichtung 15 weist des Weiteren ein mit dem Gehäuselagerteil 20 korrespondierendes Rotorlagerteil 21 auf, das im vorliegenden Beispiel durch das Rotorlagerelement 7, insbesondere durch dessen Oberfläche 9, gebildet ist. Das bedeutet, dass das Rotorlagerteil 21 durch die Spurscheibe 14 gebildet sein kann. Die Spurscheibe 14 bzw. das Rotorlagerelement 7 ist drehfest mit dem Rotor 3 verbunden und infolgedessen dreht sich die Spurscheibe 14 im Betrieb der Strömungsmaschine 1 mit dem Rotor 3 mit. Das bedeutet, dass das Rotorlagerteil 21 um die Rotationsachse 5 relativ zu dem Gehäuselagerteil 20 drehbar ist bzw. im Betrieb der Strömungsmaschine 1 gedreht wird. Der Rotor 3 stützt sich in axialer Richtung über die Spurscheibe 14 und das Gehäuselagerteil 20 an dem Gehäuseelement 11 ab, wobei Luft als Tragmedium zwischen der Spurscheibe bzw. dem Rotorlagerelement 7 und dem Gehäuselagerteil 20 zum Einsatz kommt. Beim Drehen bzw. Rotieren des Rotors 3 relativ zu dem Gehäuselagerteil 20 bildet sich zwischen der Spurscheibe 14 und dem Gehäuselagerteil 20 ein Luftkissen oder Luftpolster aus, da zwischen dem Rotorlagerelement 7 und dem Gehäuselagerteil 20, insbesondere in axialer Richtung zwischen diesen, ein Luftspalt vorgesehen ist. Die Luftlagereinrichtung 15 ist somit ein dynamisches bzw. aerodynamisches Luftlager, über welches auf den Rotor 3 wirkende Axialkräfte auf das Gehäuseelement 11 übertragen werden.The first air bearing device 15th furthermore has a bearing part with the housing 20th Corresponding rotor bearing part 21 on, which in the present example by the rotor bearing element 7th , especially through its surface 9 , is formed. That means that the rotor bearing part 21 through the track disc 14th can be formed. The track disc 14th or the rotor bearing element 7th rotates with the rotor 3 connected and as a result the track disc rotates 14th during operation of the turbo machine 1 with the rotor 3 With. That means that the rotor bearing part 21 around the axis of rotation 5 relative to the housing bearing part 20th is rotatable or in operation of the turbo machine 1 is rotated. The rotor 3 is supported in the axial direction via the track disc 14th and the housing support part 20th on the housing element 11 from, with air as a support medium between the track disk and the rotor bearing element 7th and the housing support part 20th is used. When turning or rotating the rotor 3 relative to the housing bearing part 20th forms between the track disc 14th and the housing support part 20th an air cushion or air cushion as between the rotor bearing element 7th and the housing support part 20th , in particular in the axial direction between these, an air gap is provided. The air bearing facility 15th is thus a dynamic or aerodynamic air bearing, via which on the rotor 3 acting axial forces on the housing element 11 be transmitted.

Aufgrund der welligen Struktur 19 ist zwischen der Pufferfolie 18 und der ersten Gehäuseoberfläche 12 ein Kühlkanalnetzwerk 22 gebildet. Das Kühlkanalnetzwerk 22 weist wenigstens einen Kühlkanal 23, insbesondere eine Vielzahl von Kühlkanälen 23 auf, die untereinander entlang einer jeweiligen Längserstreckungsrichtung fluidisch kurzgeschlossen oder entlang der jeweiligen Längserstreckungsrichtung voneinander abgedichtet bzw. abgegrenzt sein können. Es ist beispielsweise denkbar, dass der Kühlkanal 23 oder die Vielzahl der Kühlkanäle 23 gemäß einer ebenen Spirale auf der Gehäuseoberfläche 12 angeordnet ist. Weiter können mehrere Kühlkanäle 23 jeweils ringförmig auf der Gehäuseoberfläche 12 angeordnet sein. Doch auch eine chaotische bzw. systemlose Anordnung der Kühlkanäle 23 oder des Kühlkanals 23 auf der Gehäuseoberfläche 12 ist denkbar.Because of the wavy structure 19th is between the buffer film 18th and the first housing surface 12th a cooling duct network 22nd educated. The cooling duct network 22nd has at least one cooling channel 23 , especially a large number of cooling channels 23 which can be fluidically short-circuited to one another along a respective longitudinal extension direction or sealed off or delimited from one another along the respective longitudinal extension direction. For example, it is conceivable that the cooling duct 23 or the multitude of cooling channels 23 according to a plane spiral on the housing surface 12th is arranged. Several cooling channels can also be used 23 each ring-shaped on the housing surface 12th be arranged. But also a chaotic or systemless arrangement of the cooling channels 23 or the cooling duct 23 on the housing surface 12th is conceivable.

Der jeweilige Kühlkanal 23 ist von einem Kühlfluid, insbesondere Luft 24, durchströmbar, sodass im Betrieb der Strömungsmaschine 1 die Kühlkanäle 23 von der Luft 24 durchströmt werden. Diese Luft 24 kann dem Kühlkanalnetzwerk 22 über ein nicht näher erläutertes Luftleitungssystem bereitgestellt werden, etwa über einen Zapfluftkanal aus dem Verdichter 2 abgezapft oder abgezweigt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass - wie vorliegend - die Luftlagereinrichtung und der Verdichter 2 fluidisch miteinander verbunden sind, beispielsweise indem das Laufrad 6 an dessen Laufradrücken 8 bestimmungsgemäß nicht axial gegen einen Raum 25, in dem die Luftlagereinrichtung 15 angeordnet ist, abgedichtet ist. Dann kann im Betrieb der Strömungsmaschine 1 verdichtete Luft aus dem Verdichter 2 in den Raum 25 der Luftlagereinrichtung 15 entweichen, sodass auf diese Weise dem Kühlkanalnetzwerk 22 die Luft 24 bzw. Kühlluft bereitgestellt oder zugeführt wird.The respective cooling channel 23 is from a cooling fluid, especially air 24 , flow through, so that in operation of the turbo machine 1 the cooling channels 23 from the air 24 are flowed through. This air 24 can the cooling duct network 22nd can be provided via an air line system, not explained in more detail, for example via a bleed air duct from the compressor 2 tapped or diverted. Alternatively or additionally, it is conceivable that - as in the present case - the air bearing device and the compressor 2 are fluidly connected to each other, for example by the impeller 6th on the back of the wheel 8th as intended, not axially against a room 25th in which the air bearing device 15th is arranged, is sealed. Then the turbo machine can operate 1 compressed air from the compressor 2 in the room 25th the air bearing device 15th escape, so that in this way the cooling duct network 22nd the air 24 or cooling air is provided or supplied.

Da die Deckfolie 17 direkt an die Pufferfolie 18 angrenzt, erfolgt im Betrieb der Strömungsmaschine 1 ein besonders effizienter Wärmeübergang von der Deckfolie 17 durch die Pufferfolie 18 hindurch und schließlich in das Kühlkanalnetzwerk 22. Denn im Kühlkanalnetzwerk 22 nimmt die Luft 24 unter einem Durchströmen der Kühlkanäle 23 die Wärme auf und transportiert diese ab. Dieser Wärmeübergang lässt sich noch weiter verbessern, etwa wenn die Deckfolie 17 und die Pufferfolie 18 miteinander stoffschlüssig verbunden sind oder einstückig miteinander ausgebildet sind. Demnach ist eine Gleitbeschichtung der Deckfolie 17, die einen Kunststoff, etwa Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweist, besonders effizient kühlbar. Diese Gleitbeschichtung ist nämlich direkt zu der Spurscheibe 14 benachbart, wobei die Deckfolie 17 zwischen der Gleitbeschichtung und der Pufferfolie 18 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist eine Oberfläche der Deckfolie 17 - also eine Lageroberfläche der Luftlagereinrichtung 15 - durch die Gleitbeschichtung gebildet.As the cover sheet 17th directly to the buffer film 18th occurs when the turbo machine is in operation 1 a particularly efficient heat transfer from the cover sheet 17th through the buffer film 18th through and finally into the cooling duct network 22nd . Because in the cooling duct network 22nd takes the air 24 while flowing through the cooling channels 23 the heat and transports it away. This heat transfer can be improved even further, for example if the cover film 17th and the buffer film 18th are cohesively connected to one another or are integrally formed with one another. Accordingly, the cover film is a sliding coating 17th , which has a plastic, such as polytetrafluoroethylene (PTFE), can be cooled particularly efficiently. This sliding coating is namely directly to the track disc 14th adjacent, the cover sheet 17th between the anti-friction coating and the buffer film 18th is arranged. In other words, is a surface of the cover sheet 17th - So a bearing surface of the air bearing device 15th - formed by the anti-friction coating.

Um einen besonders sicheren und effizienten Betrieb der Strömungsmaschine 1 zu gewährleisten, weist die Strömungsmaschine 1 eine weitere (zweite) Luftlagereinrichtung 26 auf. Während die erste Luftlagereinrichtung 15 einer ersten Seite 27 der Spurscheibe 14 zugewandt ist, ist die zweite Luftlagereinrichtung 26 einer der ersten Seite 27 entgegengesetzten Seite 28 der Spurscheibe 14 zugewandt. Mit anderen Worten sind die Luftlagereinrichtungen 15, 26 zumindest über eine axialen Abstand 29 voneinander beabstandet, der größer ist als der Abstand 10, sodass die Spurscheibe zwischen den Luftlagereinrichtungen 15, 26 angeordnet ist bzw. zwischen diese greift. Vorliegend ist die zweite Luftlagereinrichtung 26 an einem weiteren (zweiten) Gehäuseelement 30 angeordnet bzw. befestigt, das entlang der Rotationsachse 5 von dem ersten Gehäuseelement 11 über den Abstand 29 beabstandet ist. Der Abstand 29 ist hierbei so bemessen, dass im Betrieb der Strömungsmaschine 1 die Luftlagereinrichtungen 15, 26, die durch diese aufgebauten Luftkissen sowie die Spurscheibe 14 wirken können.To ensure particularly safe and efficient operation of the turbomachine 1 to ensure, instructs the turbomachine 1 a further (second) air bearing device 26th on. While the first air bearing facility 15th a first page 27 the track disc 14th is facing is the second air bearing device 26th one of the first page 27 opposite side 28 the track disc 14th facing. In other words, the are air bearing devices 15th , 26th at least over an axial distance 29 spaced from each other, which is greater than the distance 10 so that the track disc between the air bearing devices 15th , 26th is arranged or engages between these. The present is the second air bearing device 26th on a further (second) housing element 30th arranged or fastened along the axis of rotation 5 from the first housing element 11 about the distance 29 is spaced. The distance 29 is dimensioned in such a way that during operation of the turbo machine 1 the air bearing facilities 15th , 26th , the air cushions built up by this as well as the track disc 14th can work.

Mittels der zweiten Luftlagereinrichtung 26 ist der Rotor 3 entlang der Rotationsachse 5 in einer axialen Gegenrichtung an dem Gehäuse 4, insbesondere an dem weiteren bzw. zweiten Gehäuseelement 30, gelagert bzw. lagerbar. Die weitere bzw. zweite Luftlagereinrichtung 26 weist - analog zu der ersten Luftlagereinrichtung 15 - einen weiteren (zweiten) Lagerfoliensatz 31 auf, welcher wiederum eine weitere bzw. zweite Deckfolie 32 sowie eine weitere bzw. zweite Pufferfolie 33 aufweist. Die zweite Deckfolie 32 und die zweite Pufferfolie 33 sind analog zu der ersten Deckfolie 17 und der ersten Pufferfolie 18 an einer weiteren (dritten) Gehäuseoberfläche 34 des Gehäuses 4 bzw. des zweiten Gehäuseelements 30 angeordnet bzw. angebracht. Die zweite Deckfolie 32 und die zweite Pufferfolie 33 bilden miteinander den weiteren bzw. zweiten Lagerfoliensatz 31, der - analog zu dem ersten Lagerfoliensatz 16 - vollständig an dem zweiten Gehäuseelement 30 angebracht bzw. gehalten ist. Hierbei sind die Lagerfoliensätze 16, 31 einander entgegengesetzt bzw. aufeinander zuweisend, da die Lagerfoliensätze 16, 31 an jeweils gegenüberliegenden Gehäuseoberflächen 12, 34 des Gehäuses 4 angeordnet sind.By means of the second air bearing device 26th is the rotor 3 along the axis of rotation 5 in an axially opposite direction on the housing 4th , in particular on the further or second housing element 30th , stored or storable. The further or second air bearing device 26th has - analogous to the first air bearing device 15th - Another (second) set of storage foils 31 on, which in turn has a further or second cover sheet 32 as well as a further or second buffer film 33 having. The second cover sheet 32 and the second buffer film 33 are analogous to the first cover sheet 17th and the first buffer film 18th on another (third) housing surface 34 of the housing 4th or the second housing element 30th arranged or attached. The second cover sheet 32 and the second buffer film 33 together form the further or second set of storage foils 31 , the - analogous to the first set of storage foils 16 - completely on the second housing element 30th is attached or held. Here are the storage film sets 16 , 31 opposed to one another or facing one another, as the storage film sets 16 , 31 on opposite housing surfaces 12th , 34 of the housing 4th are arranged.

Im vorliegenden Beispiel sind die erste Luftlagereinrichtung 15 und die zweite Luftlagereinrichtung 26 gleich ausgebildet, weswegen Merkmale, die für eine der beiden Luftlagereinrichtungen 15, 26 beschrieben werden, ohne Weiteres auf die entsprechend andere der Luftlagereinrichtungen 15, 26 übertragbar sind. Insbesondere weist die zweite Luftlagereinrichtung 26 - analog zur ersten Luftlagereinrichtung - eine Kühlfunktionalität auf, da die zweite Pufferfolie 33 und die dritte Gehäuseoberfläche 34 miteinander ein weiteres oder zweites Kühlkanalnetzwerk 35 bilden, das wenigstens einen weiteren Kühlkanal 36 aufweist. Jedoch unterscheiden sich die Luftlagereinrichtungen 15, 26 insbesondere dadurch voneinander, dass das Rotorlagerteil 21 der ersten Luftlagereinrichtung 15 anders ausgebildet ist bzw. durch ein anderes Element der Strömungsmaschine 1 gebildet ist als ein entsprechendes Rotorlagerteil 37 der zweiten Luftlagereinrichtung 26. So ist im vorliegenden Beispiel das (erste) Rotorlagerteil 21 der ersten Luftlagereinrichtung 15 durch die Oberfläche 9 des Rotorlagerelements 7 gebildet, wobei das zweite Rotorlagerteil 37 der zweiten Luftlagereinrichtung 26 durch eine der Oberfläche 9 axial entgegengesetzte Oberfläche 38 des Rotorlagerelements 7 gebildet ist.In the present example, the first are air bearing devices 15th and the second air bearing device 26th designed the same, which is why features that are required for one of the two air bearing devices 15th , 26th are described, without further ado to the corresponding other of the air bearing devices 15th , 26th are transferable. In particular, the second air bearing device 26th - analogous to the first air bearing device - a cooling functionality, since the second buffer film 33 and the third housing surface 34 a further or second cooling duct network with each other 35 form that at least one further cooling channel 36 having. However, the air bearing devices differ 15th , 26th in particular from each other that the rotor bearing part 21 the first air bearing device 15th is designed differently or by a different element of the turbomachine 1 is formed as a corresponding rotor bearing part 37 the second air bearing device 26th . In the present example, this is the (first) rotor bearing part 21 the first air bearing facility 15th through the surface 9 of the rotor bearing element 7th formed, the second rotor bearing part 37 the second air bearing device 26th through one of the surface 9 axially opposite surface 38 of the rotor bearing element 7th is formed.

Indem bei der Strömungsmaschine 1 die beiden Luftlagereinrichtungen 15, 26 zum Einsatz kommen, kann eine entlang der Rotationsachse 5 wirkende Schubkraft, die in axialer Richtung und/oder in axialer Gegenrichtung auf den Rotor 3 einwirkt, besonders effizient aufgenommen werden. Auf diese Weise ist wirksam verhindert, dass die jeweiligen Lagerfoliensätze 16, 31 im Betrieb der Strömungsmaschine 1 in direkten mechanischen Kontakt mit dem jeweils entsprechenden der Rotorlagerteile 21, 37 geraten. Denn dies würde im Betrieb der Strömungsmaschine 1 zu einer unerwünschten Reibung zwischen dem jeweiligen Rotorlagerteil 21, 37 und dem jeweiligen Lagerfoliensatz 16, 31 führen, sodass die Strömungsmaschine 1 im Betrieb derselben einer besonders hohen mechanischen und/oder thermischen Belastung unterworfen wäre. Dies ist jedoch unerwünscht, da dies einem besonders sicheren und/oder effizienten Betrieb der Strömungsmaschine 1 entgegensteht.By doing the turbo machine 1 the two air bearing devices 15th , 26th can be used, one along the axis of rotation 5 acting thrust acting in the axial direction and / or in the opposite axial direction on the rotor 3 acts, can be absorbed particularly efficiently. In this way it is effectively prevented that the respective storage film sets 16 , 31 during operation of the turbo machine 1 in direct mechanical contact with the respective corresponding one of the rotor bearing parts 21 , 37 devices. Because this would occur in the operation of the turbo machine 1 to undesired friction between the respective rotor bearing part 21 , 37 and the respective storage film set 16 , 31 lead so the turbo machine 1 would be subjected to a particularly high mechanical and / or thermal load during operation. However, this is undesirable because it enables particularly safe and / or efficient operation of the turbo machine 1 opposes.

Der bereits weiter oben erwähnte Raum 25 ist stirnseitig, das heißt radial außen, an der Spurscheibe 14 angeordnet und verbindet die Luftlagereinrichtungen 15, 26 fluidisch miteinander. Das bedeutet, dass die Luft 24, die aus einer der Luftlagereinrichtungen 15, 26 in den Raum 25 einströmt, den Raum 25 durchströmt und hin zu der anderen der Luftlagereinrichtungen 15, 26 strömt, um schließlich in diese, also in deren Kühlkanalnetzwerk 22, 35 einzuströmen. Es ist ein Strömungspfad für die Luft 24 bevorzugt, der sich folgenermaßen darstellt: Die Luft bzw. Kühlluft 24 strömt aus dem Verdichter 2 in Richtung hin zu einem nabenseitigen Abschnitt 39 der ersten Luftlagereinrichtung 15. Von dort aus strömt die Luft 24 zumindest teilweise in das Kühlkanalnetzwerk 22 der ersten Luftlagereinrichtung 15. Ein weiterer Anteil der Luft 24 strömt von dem nabenseitigen Abschnitt 39 in den Luftspalt, der zwischen der ersten Deckfolie 17 und der Spurscheibe 14 gebildet ist oder durch die einströmende Luft 24 gebildet wird. Hierdurch wird das Luftkissen gespeist wird. An der radial außenliegenden Stirnseite der Spurscheibe 14 tritt die Luft 24 in den Raum 25 ein und durchströmt diesen. Dann strömt die Luft 24 hin zu der zweiten Luftlagereinrichtung 26, wo sie in das zweite Kühlkanalnetzwerk 35 und/oder in den Luftspalt zwischen der zweiten Deckfolie 32 und der Spurscheibe 14 einströmt. Die Luft 24 strömt dann an einem nabenseitigen Abschnitt 39 aus jenem Luftspalt bzw. aus dem zweiten Kühlkanalnetzwerk 35 aus. So werden die Deckfolien 17, 32 mittels eines die Luft 24 umfassenden Kühlluftstroms gekühlt.The room already mentioned above 25th is on the face, i.e. radially outside, on the track disc 14th arranged and connects the air bearing devices 15th , 26th fluidically with each other. That means the air 24 coming out of one of the air bearing facilities 15th , 26th in the room 25th flows in, the room 25th flows through and towards the other of the air bearing devices 15th , 26th flows to finally in this, so in their cooling channel network 22nd , 35 to flow in. It is a flow path for the air 24 preferred, which is represented as follows: The air or cooling air 24 flows out of the compressor 2 towards a hub-side section 39 the first air bearing device 15th . From there the air flows 24 at least partially in the cooling duct network 22nd the first air bearing device 15th . Another portion of the air 24 flows from the hub-side section 39 into the air gap between the first cover sheet 17th and the track disc 14th is formed or by the incoming air 24 is formed. This feeds the air cushion. On the radially outer face of the track disc 14th kick the air 24 in the room 25th and flows through it. Then the air flows 24 towards the second air bearing device 26th where they go into the second cooling duct network 35 and / or in the air gap between the second cover sheet 32 and the track disc 14th flows in. The air 24 then flows on a hub-side section 39 from that air gap or from the second cooling duct network 35 out. So are the cover sheets 17th , 32 means of one the air 24 comprehensive cooling air flow cooled.

Um zum einen das Strömen des Kühlluftstroms zu begünstigen und zum anderen die Strömungsmaschine 1 noch effizienter zu kühlen, weist das Rotorlagerelement 7, das heißt die Spurscheibe 14, wenigstens einen radialen Kühlkanal 40, bevorzugt eine Vielzahl von radialen Kühlkanälen 40 auf.On the one hand to promote the flow of the cooling air flow and on the other hand to promote the flow machine 1 To cool even more efficiently, the rotor bearing element 7th , that is, the track disc 14th , at least one radial cooling channel 40 , preferably a plurality of radial cooling channels 40 on.

Hierzu zeigt 2 eine schematische und geschnittene Ansicht des als die Spurscheibe 14 ausgebildeten Rotorlagerelements 7 der Strömungsmaschine 1. Es ist zu erkennen, dass die Spurscheibe 14 als eine innenbelüftete Spurscheibe ausgebildet ist, wobei sich die radialen Kühlkanäle 40 von radial innen nach radial außen hin erstrecken. Die radialen Kühlkanäle 40 können beispielsweise als jeweilige Bohrung oder Fräsung ausgebildet worden sein. Alternativ ist es denkbar, dass die radialen während einer Herstellung der Spurscheibe 14, etwa schon bei einem Urformen der Spurscheibe 14, erzeugt worden sind. Des Weiteren sind die radialen Kühlkanäle 40 entlang ihrer jeweiligen Längserstreckungsrichtung von einem Material der Spurscheibe 14 umgeben, obwohl die radialen Kühlkanäle 40 nabenseitig und stirnseitig der Spurscheibe 14 offen sind, sodass sie von der Luft 24 und/oder einem anderen Fluid entlang der jeweiligen Längserstreckungsrichtung durchströmbar sind. Es handelt sich bei dem jeweiligen Kühlkanal 40 insbesondere nicht um eine entlang der jeweiligen Längserstreckungsrichtung offene und im Material der Spurscheibe 14 ausgebildete Vertiefung, etwa eine Nut. Stattdessen weist der jeweilige radiale Kühlkanal 40 eine rohr- oder schlauchartige Innenumfangsfläche auf. Ein Querschnitt der Innenumfangsfläche stellt sich als geschlossene geometrische Figur dar, insbesondere als ein Polygon, ein Dreieck, ein Rechteck, ein Quadrat, ein Ovoid, eine Ellipse etc. Vorliegend weisen Innenumfangsflächen der radialen Kühlkanäle 40 einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Spurscheibe 14 fungiert wie ein Radialverdichter und fördert im Betrieb der Strömungsmaschine 1 somit die für die Kühlung der Spurscheibe 14 und insbesondere der Luftlagereinrichtungen 15, 26 erforderliche Luft 24.This shows 2 a schematic and sectional view of the as the track disc 14th trained rotor bearing element 7th the turbo machine 1 . It can be seen that the track disc 14th is designed as an internally ventilated track disk, the radial cooling channels 40 extend from radially inside to radially outward. The radial cooling channels 40 can for example have been designed as a respective bore or milling. Alternatively, it is conceivable that the radial during manufacture of the track disc 14th , for example already with an archetype of the track disc 14th , have been generated. Furthermore, there are the radial cooling channels 40 along their respective longitudinal direction of a material of the track disc 14th surrounded, although the radial cooling channels 40 hub side and front side of the track disc 14th are open so they are from the air 24 and / or another fluid can be flowed through along the respective longitudinal extension direction. It is the respective cooling channel 40 in particular not around an open along the respective longitudinal direction and in the material of the track disc 14th formed recess, such as a groove. Instead, the respective radial cooling channel 40 a tubular or hose-like inner peripheral surface. A cross section of the inner circumferential surface is represented as a closed geometric figure, in particular as a polygon, a triangle, a rectangle, a square, an ovoid, an ellipse, etc. In the present case, the inner circumferential surfaces of the radial cooling channels have 40 a circular cross-section. The track disc 14th acts like a centrifugal compressor and delivers when the turbo machine is in operation 1 thus the one for cooling the track disc 14th and in particular the air bearing devices 15th , 26th required air 24 .

Ist also die Strömungsmaschine 1 mit der innenbelüfteten Spurscheibe 14 ausgerüstet, ergeben sich für den bereits beschriebenen Strömungspfad der Luft 24 zumindest folgende Abweichungen: An dem nabenseitigen Abschnitt 39 der ersten Luftlagereinrichtung 15 zweigt ein Anteil der Luft 24 ab und strömt hin zu einer nabenseitig angeordneten Einströmöffnung 41 des jeweiligen radialen Kühlkanals 40. Nachdem dieser Anteil der Luft 24 den entsprechenden radialen Kühlkanal 40 durchströmt hat, tritt der Anteil der Luft 24 in den Raum 25 ein, da der entsprechende radiale Kühlkanal 40 stirnseitig der Spurscheibe 14 über eine stirnseitige Ausströmöffnung 42 in den Raum 25 mündet. Von dem Raum 25 aus strömt dann der Anteil der Luft 24 mit den weiteren, den Raum 25 durchströmenden Luftanteilen zu der zweiten Luftlagereinrichtung 26 hin und durch diese wie oben beschrieben hindurch.So is the fluid flow machine 1 with the internally ventilated track disc 14th equipped, result for the already described flow path of the air 24 at least the following deviations: On the hub-side section 39 the first air bearing device 15th branches a portion of the air 24 and flows towards an inflow opening arranged on the hub side 41 of the respective radial cooling channel 40 . After this proportion of air 24 the corresponding radial cooling channel 40 has flowed through, enters the proportion of air 24 in the room 25th one, because the corresponding radial cooling channel 40 on the face of the track disc 14th via an outlet opening at the front 42 in the room 25th flows out. From the room 25th the portion of the air then flows out 24 with the others, the room 25th Air fractions flowing through to the second air bearing device 26th to and through these as described above.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: StrömungsmaschineTurbo machine
22: Verdichtercompressor
33: Rotorrotor
44th: Gehäusecasing
55: RotationsachseAxis of rotation
66th: LaufradWheel
77th: RotorlagerelementRotor bearing element
88th: LaufradrückenImpeller back
99: Oberflächesurface
1010: Abstanddistance
1111th: GehäuseelementHousing element
1212th: GehäuseoberflächeHousing surface
1313th: GehäuseoberflächeHousing surface
1414th: SpurscheibeTrack disc
1515th: LuftlagereinrichtungAir bearing device
1616: LagerfoliensatzStock film set
1717th: DeckfolieCover sheet
1818th: PufferfolieBuffer film
1919th: Strukturstructure
2020th: GehäuselagerteilHousing bearing part
2121: RotorlagerteilRotor bearing part
2222nd: KühlkanalnetzwerkCooling duct network
2323: KühlkanalCooling duct
2424: Luftair
2525th: Raumspace
2626th: LuftlagereinrichtungAir bearing device
2727: Seitepage
2828: Seitepage
2929: Abstanddistance
3030th: GehäuseelementHousing element
3131: LagerfoliensatzStock film set
3232: DeckfolieCover sheet
3333: PufferfolieBuffer film
3434: GehäuseoberflächeHousing surface
3535: KühlkanalnetzwerkCooling duct network
3636: KühlkanalCooling duct
3737: RotorlagerteilRotor bearing part
3838: Oberflächesurface
3939: Abschnittsection
4040: KühlkanalCooling duct
4141: EinströmöffnungInflow opening
4242: AusströmöffnungOutlet opening

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102014018096 A1 [0007]
DE 102015007379 A1 [0007]

Claims

Turbomachine (1) with a housing (4, 11, 30), with a rotor (3) which is rotatable about an axis of rotation (5) relative to the housing (4, 11, 30) and which has an impeller (6) and a rotor with the Rotor (3) having rotatable rotor bearing element (7, 14), with an impeller back (8) of the impeller (6) and a surface (9) of the rotor bearing element (7, 14) facing the impeller back (8) axially over a distance (10) are spaced apart and a housing element (11) of the housing (4) is arranged between the impeller back (8) and the surface (9) of the rotor bearing element (7, 14), and with one between the rotor bearing element (7, 14) and the housing element (11) arranged air bearing device (15, 26), by means of which the rotor (3) is mounted in the axial direction on the housing (4, 11, 30) and which comprises a bearing film set (16, 31), characterized in that a buffer film (18, 33) of the storage film set (15, 26) has a wavy structure (19), whereby between the buffer film ( 18, 33) and the housing (4, 11, 30) a cooling channel network (22, 35) is formed through which a cooling fluid (24) for cooling a cover film (17, 32) of the bearing film set (15, 26) can flow.

Turbo machine (1) after Claim 1 , characterized in that the rotor bearing element (7, 14) comprises radial cooling channels (40), whose respective radially inner inflow opening (41) can be flowed through by a branched portion of the cooling fluid (24) along the axis of rotation (5) and whose respective radially outer outflow opening (42) can be flowed through by the branched portion of the cooling fluid (24) in the radial direction.

Turbo machine (1) after Claim 2 , characterized in that the respective radial cooling channel (40) is enclosed by the material of the rotor element (7, 14) along its longitudinal extension direction.

Turbo machine (1) according to one of the preceding claims, characterized by a further air bearing device (15, 26), by means of which the rotor (3) is mounted in the opposite axial direction on the housing (4, 11, 30), the rotor bearing element (7, 14) is arranged between the further air bearing device (26) and the air bearing device (15).

Turbo machine (1) after Claim 4 and Claim 2 or 3 , characterized in that a further duct network (35) is formed by the further air bearing device (26) and the housing (4, 11, 30) analogously to the air bearing device (15) and the housing (4, 11, 30), which is from a radially outer edge region of the rotor bearing element (7, 14) can be flowed through by the cooling fluid (24) for cooling a further cover film (32) of the further bearing film set (16).