DE102020134759A1 - Turbomachine and method of operating a turbomachine - Google Patents

Turbomachine and method of operating a turbomachine Download PDF

Info

Publication number
DE102020134759A1
DE102020134759A1 DE102020134759.6A DE102020134759A DE102020134759A1 DE 102020134759 A1 DE102020134759 A1 DE 102020134759A1 DE 102020134759 A DE102020134759 A DE 102020134759A DE 102020134759 A1 DE102020134759 A1 DE 102020134759A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
impeller
shaft
rotor
turbomachine
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102020134759.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Norbert Schmied
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Atlas Copco Energas GmbH
Original Assignee
Atlas Copco Energas GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atlas Copco Energas GmbH filed Critical Atlas Copco Energas GmbH
Priority to DE102020134759.6A priority Critical patent/DE102020134759A1/en
Publication of DE102020134759A1 publication Critical patent/DE102020134759A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/053—Shafts
    • F04D29/054—Arrangements for joining or assembling shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/025—Fixing blade carrying members on shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/043—Shafts
    • F04D29/044—Arrangements for joining or assembling shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/102—Shaft sealings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/106—Shaft sealings especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/5846—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling by injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/586—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps
    • F04D29/5886—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps cooling by injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/36—Retaining components in desired mutual position by a form fit connection, e.g. by interlocking

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine mit einem Gehäuse (1), mit einem von dem Gehäuse (1) zumindest teilweise umschlossenen Laufradraum (2) und mit zumindest einem an dem Gehäuse (1) durch zumindest eine Lageranordnung um eine Drehachse (x) drehbar gelagerten Rotor (3). Der Rotor (3) weist zumindest eine Rotorwelle (4) und einen mit der Rotorwelle (4) verbundenen und zumindest teilweise in dem Laufradraum (2) angeordneten Impeller (5). Der Rotor (3) ist gegenüber dem Gehäuse (1) durch zumindest eine Wellendichtung (6) abgedichtet. Der Impeller (5) weist erfindungsgemäß ein Laufrad (5a) und einen an das Laufrad (5a) einstückig anschließenden Wellenfortsatz (5b) auf. Die Wellendichtung (6) dichtend das Gehäuse (1) gegenüber dem Wellenfortsatz (5b) ab.The invention relates to a turbomachine with a housing (1), with an impeller chamber (2) at least partially enclosed by the housing (1) and with at least one rotor mounted on the housing (1) so that it can rotate about an axis of rotation (x) by at least one bearing arrangement (3). The rotor (3) has at least one rotor shaft (4) and an impeller (5) connected to the rotor shaft (4) and arranged at least partially in the impeller space (2). The rotor (3) is sealed off from the housing (1) by at least one shaft seal (6). According to the invention, the impeller (5) has an impeller (5a) and a shaft extension (5b) which is integral with the impeller (5a). The shaft seal (6) seals the housing (1) from the shaft extension (5b).

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine mit einem Gehäuse, mit einem zumindest durch das Gehäuse teilweise umschlossenen Laufradraum und zumindest einem an dem Gehäuse durch eine Lageranordnung um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor. Der Rotor umfasst zumindest eine Rotorwelle und einen mit der Rotorwelle verbundenen Impeller. Der Rotor ist gegenüber dem Gehäuse durch zumindest eine Wellendichtung abgedichtet.The invention relates to a turbomachine with a housing, with an impeller space that is at least partially enclosed by the housing, and at least one rotor mounted on the housing so that it can rotate about an axis of rotation by a bearing arrangement. The rotor includes at least one rotor shaft and an impeller connected to the rotor shaft. The rotor is sealed off from the housing by at least one shaft seal.

Derartige Turbomaschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei weist der Impeller Leiteinrichtungen, insbesondere Leitschaufeln, Kanäle Leitungen und dergleichen auf, welche dazu geeignet sind die Strömung und/oder den Druck eines Prozessmediums in eine Drehbewegung umzusetzen (Turbine, Expander) oder umgekehrt (Turbokompressor, Turbopumpe). Die Rotorwelle dient insbesondere zur Abstützung des Impellers sowie zur Übertragung einer Drehbewegung von und zu dem Impeller. Zur Kraftübertragung kann die Rotorwelle dazu insbesondere direkt, über eine Wellenkupplung und/oder einen Getriebesatz mit einem Antrieb und/oder einen Abtrieb verbunden sein. Hierzu kann insbesondere eine elektrische Maschine und/oder eine weitere Turbomaschine bzw. ein weiterer mit der Welle gekoppelter Turbosatz vorgesehen sein.Such turbomachines are known from the prior art. The impeller has guide devices, in particular guide vanes, channels, lines and the like, which are suitable for converting the flow and/or the pressure of a process medium into a rotary movement (turbine, expander) or vice versa (turbo compressor, turbo pump). The rotor shaft is used in particular to support the impeller and to transmit a rotational movement from and to the impeller. For power transmission, the rotor shaft can be connected to an input and/or an output, in particular directly, via a shaft coupling and/or a gear set. For this purpose, in particular, an electric machine and/or a further turbomachine or a further turboset coupled to the shaft can be provided.

Um beim Zusammenbau eine gewisse Flexibilität zu ermöglichen, sind der Impeller und die Rotorwelle als separate Baugruppen ausgebildet, welche miteinander lösbar verbunden sind. Dadurch ist es unter anderem möglich, zu Reparatur- und Wartungszwecken den Impeller aus der Turbomaschine auszubauen, ohne dabei gleichzeitig auch die Rotorwelle entfernen zu müssen. Die Verbindung zwischen der Rotorwelle und dem Impeller muss konstruktionsbedingt große Lasten sowohl in Axialrichtung - d. h. in Richtung der Drehachse - als auch Torsionskräfte und Kippmomente aufnehmen.In order to allow a certain flexibility during assembly, the impeller and the rotor shaft are designed as separate assemblies which are detachably connected to one another. This makes it possible, among other things, to remove the impeller from the turbomachine for repair and maintenance purposes without having to remove the rotor shaft at the same time. Due to the design, the connection between the rotor shaft and the impeller must withstand large loads both in the axial direction - i. H. in the direction of the axis of rotation - as well as torsional forces and tilting moments.

Zur Reduktion von Materialkosten bei der Herstellung sowie der Masse des Rotors und des Platzbedarfs der Turbomaschine ist man stets bestrebt, den Rotor möglichst kompakt auszugestalten. Dabei werden die Belastungsgrenzen der Baugruppen sowie der in ihnen verwendeten Materialien bestmöglich ausgeschöpft. Dies kann jedoch problematisch sein, wenn zusätzliche Belastungen auftreten - etwa durch besonders starken Wärmeeintrag. So können beispielsweise bei besonders hohen Temperaturen in metallischen Materialien Gefügeveränderungen auftreten, welche die mechanische Festigkeit herabsetzen. Ebenso können auch tiefkalte Temperaturen des Prozessmediums zu einer Materialversprödung führen - dem auch eine erfindungsgemäße Abkapselung und ggf. Temperierung entgegenwirken kann. Insbesondere an kritischen Punkten - wie dem Verbindungsbereich zwischen den Impeller und der Rotorwelle - können derartige Materialschwächungen eine Gefahr für die Betriebssicherheit darstellen.In order to reduce material costs in production, as well as the mass of the rotor and the space required by the turbomachine, efforts are always made to make the rotor as compact as possible. The load limits of the assemblies and the materials used in them are exploited as best as possible. However, this can be problematic if additional loads occur - for example due to particularly high heat input. For example, structural changes can occur in metallic materials at particularly high temperatures, which reduce the mechanical strength. Likewise, extremely cold temperatures of the process medium can also lead to material embrittlement—which can also be counteracted by an inventive encapsulation and possibly tempering. Especially at critical points - such as the connection area between the impeller and the rotor shaft - such material weaknesses can pose a risk to operational safety.

Daher ist es bisher nicht möglich, besonders kompakte und filigran gebaute Turbomaschinen in hochbeanspruchten Einsatzgebieten - beispielsweise in Hochtemperaturanwendungen wie beispielsweise thermischen Energiespeichern oder mit hohen Temperaturen operierenden Kraftwerken - einzusetzen. Bei herkömmlichen Turbomaschinen ist es erforderlich, den Impeller und die Rotorwelle insbesondere im Verbindungsbereich mit zusätzlichem Material auszulegen, um auch im thermischen Belastungsfall eine hinreichende Stabilität garantieren zu können. Dies führt zu zusätzlichen Material- und Produktionskosten sowie zu einer vergrößerten Masse und einem größeren Trägheitsmoment des Rotors, welche im Betrieb ungünstiger sind. It has therefore not been possible to date to use particularly compact and filigree turbomachines in highly stressed areas of application—for example in high-temperature applications such as thermal energy stores or power plants operating at high temperatures. In conventional turbomachines, it is necessary to design the impeller and the rotor shaft with additional material, particularly in the connection area, in order to be able to guarantee adequate stability even under thermal stress. This leads to additional material and production costs as well as to an increased mass and a larger moment of inertia of the rotor, which are less favorable in operation.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Turbomaschine anzugeben, welche die vorgenannten Problemstellungen überwindet. Insbesondere soll die Herstellung einer besonders kompakt und filigran gebauten Turbomaschine ermöglicht werden, welche auch zusätzlichen Belastungen, insbesondere thermischer Natur, standhält. Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist eine Turbomaschine gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Turbomaschine gemäß Anspruch 13. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.Against this background, the invention is based on the object of specifying a turbomachine which overcomes the aforementioned problems. In particular, the production of a particularly compact and filigree turbomachine should be made possible, which also withstands additional loads, in particular of a thermal nature. The subject matter of the invention and the solution to this problem is a turbomachine according to claim 1 and a method for operating a turbomachine according to claim 13. Particularly preferred refinements of the invention are specified in the dependent subclaims.

Ausgehend von der gattungsgemäßen Turbomaschine ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Impeller ein zumindest teilweise in dem Laufradraum angeordnetes Laufrad sowie einen daran einstückig anschließenden Wellenfortsatz aufweist und dass die Wellendichtung das Gehäuse gegenüber dem Wellenfortsatz abdichtet. Die (lösbare) Verbindung zwischen dem Impeller und der Rotorwelle erfolgt in einem Verbindungsbereich zwischen dem Wellenfortsatz und einem Wellenende der Rotorwelle. Durch die zwischen dem Wellenfortsatz und dem Gehäuse wirksame Wellendichtung ist dieser Verbindungsbereich von dem Laufradraum - und damit von einem potenziell die Stabilität und/oder Festigkeit der Verbindung beeinträchtigenden - Prozessgas abgeteilt und beabstandet. Die lösbare Verbindung zwischen dem Impeller und der Rotorwelle wird im Rahmen der Erfindung aus dem Prozessraum „zurückgesetzt“ und dadurch geschützt.Based on the generic turbomachine, the invention provides that the impeller has an impeller arranged at least partially in the impeller space and a shaft extension integrally adjoining it, and that the shaft seal seals the housing from the shaft extension. The (detachable) connection between the impeller and the rotor shaft takes place in a connection area between the shaft extension and a shaft end of the rotor shaft. Due to the shaft seal effective between the shaft extension and the housing, this connection area is separated and spaced apart from the impeller space—and thus from a process gas that potentially impairs the stability and/or strength of the connection. Within the scope of the invention, the detachable connection between the impeller and the rotor shaft is “reset” from the process space and is thereby protected.

Unter „einstückig“ im Rahmen der Erfindung ist zu verstehen, dass das Laufrad und der Wellenfortsatz derart miteinander verbunden sind, dass sie nicht zerstörungsfrei getrennt werden können. Insbesondere ist darunter zu verstehen, dass das Laufrad und der Wellenfortsatz aus einem einzigen Materialstück gefertigt, miteinander verschweißt und/oder aufeinander thermisch aufgeschrumpften sind. Die einstückige Verbindung ist insbesondere so ausgebildet, dass sie hohen thermischen Beanspruchungen - vorzugsweise zwischen 400 °C und 900 °C, insbesondere zwischen 500 °C und 800 °C - standhalten kann.Under "in one piece" in the context of the invention is to be understood that the impeller and the shaft extension are connected to each other in such a way that they cannot be separated non-destructively. In particular, this means that the impeller and the shaft extension are made from a single piece of material, welded to one another and/or thermally shrunk onto one another. The one-piece connection is in particular designed in such a way that it can withstand high thermal stresses—preferably between 400.degree. C. and 900.degree. C., in particular between 500.degree. C. and 800.degree.

Die Wellendichtung ist besonders bevorzugt als Labyrinthdichtung ausgebildet. Diese weist vorzugsweise eine Dichtungsstruktur aus senkrecht zu der Drehachse vorstehenden Rippen auf, welche an dem einen Dichtungspartner - dem Gehäuse oder dem Wellenfortsatz - ausgebildet sind. Diese Dichtungsstruktur wirkt mit einer Dichtungsfläche an dem jeweils anderen Dichtungspartner - dem Wellenfortsatz oder dem Gehäuse - zusammen, welche zylindersymmetrisch um die Drehachse angeordnet ist. Es sind auch Ausführungsformen von Labyrinthdichtungen bekannt, bei denen an beiden Dichtungspartnern Dichtungsstrukturen ausgebildet sind, welche im montierten Zustand ineinandergreifen.The shaft seal is particularly preferably designed as a labyrinth seal. This preferably has a sealing structure of ribs projecting perpendicularly to the axis of rotation, which are formed on one of the sealing partners—the housing or the shaft extension. This sealing structure interacts with a sealing surface on the respective other sealing partner - the shaft extension or the housing - which is arranged cylindrically symmetrically around the axis of rotation. Embodiments of labyrinth seals are also known in which sealing structures are formed on both sealing partners, which engage in one another in the assembled state.

In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt der Impeller ausschließlich mit dem Wellenfortsatz an der Rotorwelle an. Dadurch wird die Wärmeleitung innerhalb des Rotors vom Laufrad auf die Rotorwelle auf das Material des Wellenfortsatzes eingeengt und dadurch beschränkt.In a preferred embodiment, the impeller bears against the rotor shaft exclusively with the shaft extension. As a result, the heat conduction within the rotor from the impeller to the rotor shaft is narrowed to the material of the shaft extension and thereby restricted.

Vorzugsweise weist der Wellenfortsatz eine zylinderförmige Außenform mit einem Zylinderdurchmesser und einer in der Axialrichtung (längs zur Drehachse) gemessenen Zylinderlänge aus. Dabei beträgt die Zylinderlänge besonders bevorzugt zumindest das 0,75-fache, insbesondere zumindest das 0,9-fache des Zylinderdurchmessers. In dieser langgestreckten Form ist eine besonders gute Abschirmung der Verbindungsstelle gegenüber dem Prozessmedium in der Umgebung des Laufrads möglich. Damit der insbesondere fliegend - d.h. axial einseitig gelagerte - gelagerte Impeller keinen zu großen Überhang erhält, ist die Zylinderlänge vorzugsweise nicht größer als der 3-fache Zylinderdurchmesser, insbesondere nicht größer als der 2-fache Zylinderdurchmesser.The shaft extension preferably has a cylindrical outer shape with a cylinder diameter and a cylinder length measured in the axial direction (along the axis of rotation). The cylinder length is particularly preferably at least 0.75 times, in particular at least 0.9 times, the cylinder diameter. In this elongated shape, the connection point can be shielded particularly well from the process medium in the area surrounding the impeller. In order that the impeller, which is mounted in particular overhung - i.e. mounted axially on one side - does not have too much overhang, the cylinder length is preferably not greater than 3 times the cylinder diameter, in particular not greater than 2 times the cylinder diameter.

Im Rahmen einer Ausführungsform der Erfindung ist in dem Verbindungsbereich eine zusätzliche, den Wellenfortsatz mit der Rotorwelle verbindende, Wellenkupplung vorgesehen. Hierbei kann es sich insbesondere um einen mit der Rotorwelle und dem Wellenfortsatz kraft- und/oder reibschlüssig verbundenen Kupplungsring handeln. Der Kupplungsring wird durch die Wellendichtung von dem Prozessmedium abgekapselt. Besonders bevorzugt kann der Kupplungsring von einem Kühlmedium angeströmt und/ oder durchströmt werden.Within the scope of one embodiment of the invention, an additional shaft coupling connecting the shaft extension to the rotor shaft is provided in the connection area. This can in particular be a coupling ring which is connected to the rotor shaft and the shaft extension in a non-positive and/or frictional manner. The coupling ring is isolated from the process medium by the shaft seal. Particularly preferably, a cooling medium can flow against and/or through the coupling ring.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Wellenfortsatz und der Rotorwelle eine Formschluss-Verbindung, insbesondere eine Hirth-Verzahnung vorgesehen. Dabei weisen sowohl das Wellenende der Rotorwelle als auch der Wellenfortsatz des Impellers in dem aneinander anliegenden Verbindungsbereich eine Profilierung, insbesondere eine Verzahnung auf. Diese stellt eine formschlüssige Kupplung dar, welche die Kraftübertragung, insbesondere von Drehmomenten verbessert. Die Formschlussverbindung kann auch Elemente einer Klauenkupplung aufweisen.In a particularly preferred embodiment of the invention, a positive connection, in particular a Hirth toothing, is provided between the shaft extension and the rotor shaft. In this case, both the shaft end of the rotor shaft and the shaft extension of the impeller have a profiling, in particular a toothing, in the connecting area that rests against one another. This represents a form-fitting clutch which improves the transmission of power, particularly torque. The positive connection can also have elements of a claw coupling.

Die Formschluss- Verbindung dient zur verbesserten Übertragung von Kräften zwischen der Rotorwelle und dem Impeller. Allerdings bedingen derartige Ausformungen stets eine Materialverjüngung (gegenüber dem Vollmaterial des Wellenzapfens bzw. der Rotorwelle) und sind daher besonders anfällig für Festigkeitsverluste - etwa infolge thermischer Belastungen. Um die optimale Funktion der Formschlussverbindung aufrechtzuerhalten, ist die erfindungsgemäße Anordnung in einem geschützten Bereich abseits des Prozessraums besonders vorteilhaft.The positive connection serves to improve the transmission of forces between the rotor shaft and the impeller. However, such formations always require a reduction in material (compared to the solid material of the shaft journal or the rotor shaft) and are therefore particularly susceptible to strength losses - for example as a result of thermal loads. In order to maintain the optimal function of the positive connection, the arrangement according to the invention is particularly advantageous in a protected area away from the process room.

Vorzugsweise sind der Impeller und die Welle durch zumindest einen Laufradbolzen miteinander verbunden. Der Laufradbolzen dient der axialen Verspannung des Rotors. Dadurch können axial ausgerichtete Zugkräfte übertragen werden. Auch können derartige Zugmomente erforderlich sein, um eine - vorzugsweise formschlüssige - Verbindung zwischen dem Impeller und der Rotorwelle zu bilden, zu unterstützen und/oder zu verstärken.The impeller and the shaft are preferably connected to one another by at least one impeller bolt. The impeller bolt serves to brace the rotor axially. As a result, axially aligned tensile forces can be transmitted. Such tensile moments can also be required in order to form, support and/or reinforce a connection—preferably with a positive fit—between the impeller and the rotor shaft.

Der Laufradbolzen weist vorzugsweise einen zylinderförmigen Gewindeabschnitt mit einem Bolzendurchmesser und einem Außengewinde auf, welches in ein zugeordnetes Innengewinde der Rotorwelle eingreift. Vorzugsweise weist der Laufradbolzen ferner einen Anlageflansch auf, welcher an einer Schulterfläche des Impellers abgestützt ist. Um eine ausreichende Festigkeit des Wellenfortsatzes in dem Verbindungsbereich zu gewährleisten, beträgt der Abstand zwischen der Schulterfläche und der Rotorwelle vorzugsweise zumindest das 1-fache, vorzugsweise das 1-fache bis 2-fache, des Bolzendurchmessers.The impeller bolt preferably has a cylindrical threaded section with a bolt diameter and an external thread, which engages in an associated internal thread of the rotor shaft. Preferably, the impeller bolt also has an abutment flange which is supported on a shoulder surface of the impeller. In order to ensure sufficient strength of the shaft extension in the connection area, the distance between the shoulder surface and the rotor shaft is preferably at least 1-times, preferably 1-times to 2-times the bolt diameter.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein einziger Laufradbolzenvorgesehen, welcher konzentrisch um die Drehachse angeordnet ist. Hierdurch kann eine zentrale und besonders axiale Krafteinleitung gewährleistet werden.According to a preferred embodiment, a single wheel bolt is provided, which is arranged concentrically around the axis of rotation. As a result, a central and particularly axial introduction of force can be ensured.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der zumindest eine Laufradbolzen in der Axialrichtung ausschließlich in dem Bereich des Wellenfortsatzes und der Rotorwelle angeordnet. Insbesondere erstreckt sich der Laufradbolzen nicht bis in den Bereich des Laufrades. Dadurch wird das Material des Laufradbolzens von etwaigen thermischen Belastungen in Laufradnähe geschützt. Auch wird eine Beeinträchtigung der Verbindungsstelle durch Wärmeleitung in dem Material des Laufradbolzens vermieden. Dem Laufradbolzen kommt aufgrund seiner kritischen Bedeutung für den Zusammenhalt des Rotors eine besonders große Schutzbedürftigkeit zu. Besonders bevorzugt ist in der axialen Richtung zwischen dem Laufrad und dem Laufradbolzen ein Abstand von ungefähr der Hälfte des Axialen Abstands - insbesondere zwischen 40 % und 60 % des Axialen Abstands - zwischen dem Laufrad und der Rotorwelle vorgesehen.According to a particularly preferred embodiment, the at least one impeller bolt is arranged in the axial direction exclusively in the area of the shaft extension and the rotor shaft. In particular, the impeller bolt does not extend into the area of the impeller. This protects the material of the impeller bolt from any thermal stress in the vicinity of the impeller. Impairment of the connection point due to heat conduction in the material of the impeller bolt is also avoided. Due to its critical importance for the cohesion of the rotor, the impeller bolt is in particularly high need of protection. In the axial direction between the impeller and the impeller bolt, a distance of approximately half the axial distance—in particular between 40% and 60% of the axial distance—is particularly preferably provided between the impeller and the rotor shaft.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Laufradbolzen in einem Hohlraum innerhalb des Wellenzapfens angeordnet. Dabei verbleibt zwischen dem Wellenzapfen und einer Innenfläche des Wellenfortsatzes ein Abstand. Dieser Abstand beträgt insbesondere zumindest das 0,2-fache des Bolzendurchmessers. Durch diese Ausgestaltung wird einerseits die Wärmeübertragung von der - tendenziell stärker thermisch beanspruchten Außenseite des Wellenfortsatzes auf den Laufradbolzen reduziert. Zusätzlich besteht durch den Hohlraum die Möglichkeit, zusätzlich ein Kühlmittel in Kontakt mit dem Laufradbolzen zu bringen.In a particularly preferred embodiment, the impeller bolt is arranged in a cavity within the shaft journal. A distance remains between the shaft journal and an inner surface of the shaft extension. This distance is in particular at least 0.2 times the bolt diameter. On the one hand, this configuration reduces the heat transfer from the outside of the shaft extension, which tends to be more thermally stressed, to the impeller bolt. In addition, the cavity makes it possible to also bring a coolant into contact with the impeller bolt.

Vorzugsweise weist der Laufradbolzen einen Gewindeabschnitt auf, welcher in ein zugeordnetes Innengewinde an der Rotorwelle eingedreht ist. Ferner weist der Laufradbolzen einen Anlagebereich auf, welcher in radialer Richtung - senkrecht zur Drehachse - gegenüber dem Gewindeabschnitt vorsteht und an zumindest einer Schulterfläche des Impellers in Axialrichtung abgestützt ist. Insbesondere zwischen dem Anlagebereich und der Schulterfläche kann eine axiale Krafteinleitung des Laufradbolzens in den Impeller erfolgen. Besonders bevorzugt ist die Schulterfläche im Bereich des Wellenfortsatzes ausgebildet. The impeller bolt preferably has a threaded section which is screwed into an associated internal thread on the rotor shaft. Furthermore, the impeller bolt has a contact area which projects in the radial direction—perpendicular to the axis of rotation—in relation to the threaded section and is supported on at least one shoulder surface of the impeller in the axial direction. An axial introduction of force from the impeller bolt into the impeller can take place in particular between the contact area and the shoulder surface. The shoulder surface is particularly preferably formed in the region of the shaft extension.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Hohlraum durch zumindest eine Öffnung mit der Außenseite des Wellenzapfens verbunden. Dadurch kann ein Austausch des in dem Hohlraum befindlichen Mediums - insbesondere Luft, Inertgas und/oder Prozessgas - mit der Außenseite - also dem Raumvolumen zwischen der Außenfläche und einer Innenseite des Gehäuses erfolgen. Hierdurch können schädliche Einflüsse, wie beispielsweise Wärme, besser abgeführt werden.According to a preferred embodiment, the cavity is connected to the outside of the shaft journal by at least one opening. As a result, the medium located in the cavity—in particular air, inert gas and/or process gas—can be exchanged with the outside—that is, the volume of space between the outside surface and an inside of the housing. As a result, harmful influences such as heat can be better dissipated.

Vorzugsweise ist der Laufradbolzen in einer Sackbohrung und/oder Stufenbohrung des Impellers angeordnet, welcher sich von einer dem Wellenfortsatz abgewandten Außenseite des Laufrades bis in den Wellenfortsatz hinein erstreckt. An der der Rotorwelle zugewandten Seite des Wellenzapfens ist eine Durchgangsöffnung zum Durchtritt des Laufradbolzens vorgesehen. Besonders bevorzugt ist die Sackbohrung/Stufenbohrung an der Außenseite des Laufrades durch zumindest eine Kappe verschlossen und abgedichtet. Die Kappe lässt sich zu Montage- und Demontagezwecken des Impellers entfernen, damit der Laufradbolzen zugänglich ist.The impeller bolt is preferably arranged in a blind bore and/or stepped bore of the impeller, which extends from an outside of the impeller facing away from the shaft extension into the shaft extension. A through opening for the impeller bolt to pass through is provided on the side of the shaft journal which faces the rotor shaft. The blind bore/stepped bore on the outside of the impeller is particularly preferably closed and sealed by at least one cap. The cap can be removed for impeller assembly and disassembly to access the impeller stud.

Vorzugsweise sind die Öffnungen zumindest teilweise zwischen der Rotorwelle und dem Wellenzapfen ausgebildet. Die Öffnung wird dabei durch eine angepasste Profilierung der Stirnflächen des Wellenendes sowie des Wellenfortsatzes gebildet. Es entfallen dabei zusätzliche Arbeitsschritte, wie beispielsweise Bohren und dergleichen.Preferably, the openings are at least partially formed between the rotor shaft and the journal. The opening is formed by an adapted profiling of the end faces of the shaft end and the shaft extension. There are no additional work steps, such as drilling and the like.

Vorzugsweise sind mehrere Öffnungen rotationssymmetrisch um die Drehachse und Äquidistant in Umlaufrichtung angeordnet. Hierdurch werden Unwuchten des Rotors im Vorhinein vermieden.A plurality of openings are preferably arranged rotationally symmetrically around the axis of rotation and equidistantly in the direction of rotation. This prevents imbalances in the rotor from the outset.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind bei einer Formschluss-Verbindung ein Profil mit formschlüssigen Kontaktbereichen und Bereichen ohne Kontakt vorgesehen. Insbesondere ist die Formschluss-Verbindung als Hirth-Verzahnung mit abgeschnittenen Spitzen ausgebildet. In der klassischen Hirth-Verzahnung ist bei beiden Verbindungpartnern jeweils ein Profil mit dreiecksförmigen Zähnen und dazwischen entsprechenden dreiecksförmigen Einschnitten vorgesehen. Im Verbindungsfall greifen die Zähne des einen Verbindungspartners in die Einschnitte des jeweils anderen Verbindungspartners formschlüssig und mit im Wesentlichen durchgängigen Flächenkontakt ein. Im Rahmen der bevorzugten Erfindungsvariante weisen die Zähne ein gegenüber der Dreieckform reduziertes Profil - insbesondere eine Trapezform mit „abgeschnittener Spitze“ - auf. Gleichzeitig sind die Einschnitte weiterhin dreiecksförmig ausgebildet. Im montierten Fall verbleibt somit eine Lücke zwischen den beiden Verbindungspartnern, welche in radialer Richtung durchgängig ist und sich von dem Hohlraum bis in den Außenbereich/Kühlbereich erstreckt.In a particularly preferred embodiment, a profile with form-fitting contact areas and areas without contact is provided in the case of a form-fitting connection. In particular, the form-fitting connection is designed as a Hirth toothing with truncated tips. In the classic Hirth toothing, a profile with triangular teeth and corresponding triangular incisions in between is provided for both connection partners. In the case of a connection, the teeth of one connection partner engage in the incisions of the respective other connection partner in a form-fitting manner and with essentially continuous surface contact. Within the scope of the preferred variant of the invention, the teeth have a reduced profile compared to the triangular shape—in particular a trapezoidal shape with a “truncated tip”. At the same time, the incisions are still triangular. In the assembled case, a gap thus remains between the two connection partners, which is continuous in the radial direction and extends from the hollow space to the outside/cooling area.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine besonders filigrane Bauweise des Wellenfortsatzes zu ermöglichen. Dabei weist eine - insbesondere zylinderförmige - Außenfläche des Wellenfortsatzes einen maximalen Durchmesser auf, welcher nicht größer ist als die Hälfte, vorzugsweise nicht größer als ein Drittel des maximalen Durchmessers des Laufrades. Auch ist im Rahmen der Erfindung ein Durchmesser-Verhältnis von bis zu 1:10 möglich.Within the scope of the present invention, it is possible to enable a particularly filigree construction of the shaft extension. In this case, an—in particular cylindrical—outer surface of the shaft extension has a maximum diameter which is no greater than half, preferably no greater than a third, of the maximum diameter of the impeller. Also within the scope of the invention a diameter ratio of up to 1:10 is possible.

Zur zusätzlichen Verbesserung des Schutzes ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Lageranordnung vollständig auf der dem Laufradraum abgewandten Seite der Wellendichtung angeordnet ist. Die Lageranordnung meint dabei sämtliche im Normalbetrieb der Turbomaschine verwendeten Axial- und/oder Radial-Lager zur Stützung des Rotors. Hiervon unbenommen sind etwaige Fanglager, welche lediglich unter außergewöhnlichen Umständen - beispielsweise beim Ausfall eines Magnet- oder Fluidlagers benötigt werden. Durch die Verlagerung der Lageranordnung hinter die Wellendichtung - welche vorzugsweise unmittelbar und ohne eine weitere Dichtungseinrichtung an den Laufradraum anschließt - können ebenfalls die Lager vor schädlichen Einflüssen - wie beispielsweise hohen Temperaturen - geschützt werden.For additional improvement of the protection, it is preferably provided that the bearing arrangement is arranged completely on the side of the shaft seal facing away from the impeller space. The bearing arrangement means all axial and/or radial bearings used in normal operation of the turbomachine to support the rotor. This does not apply to any safety bearings, which are only required under exceptional circumstances - for example if a magnetic or fluid bearing fails. By relocating the bearing arrangement behind the shaft seal—which preferably connects directly to the impeller space and without a further sealing device—the bearings can also be protected from harmful influences—such as high temperatures, for example.

Besonders bevorzugt ist im Rahmen der Erfindung in dem Gehäuse ein Kühlbereich ausgebildet, welcher durch eine Gehäuseinnenfläche, die Wellendichtung, eine Außenfläche des Wellenzapfens und die Rotorwelle begrenzt ist. Der Kühlbereich ist an eine Kühlmittelzuleitung angeschlossen. Da der Kühlbereich einerseits durch den Wellenfortsatz und andererseits durch die Rotorwelle begrenzt ist, schließt dieser dadurch auch an den Verbindungsbereich zwischen dem Wellenende und dem Wellenfortsatz an. Die Temperierung des Kühlbereichs kann daher dazu benutzt werden, den besonders beanspruchten und empfindlichen Verbindungsbereich zu temperieren - d. h. in der Regel zu kühlen. Über die Kühlmittelzuleitung kann ein Kühlmittel - insbesondere Luft, ein Inertgas und/oder Anteile des Prozessgases - mit einer geeigneten Temperatur in den Kühlbereich zugeführt werden. Das Kühlmittel kann dann einen Teil der durch das Material des Rotors transportierten Wärme aufnehmen und abführen.Within the scope of the invention, a cooling area is particularly preferably formed in the housing, which is delimited by an inner surface of the housing, the shaft seal, an outer surface of the shaft journal and the rotor shaft. The cooling area is connected to a coolant supply line. Since the cooling area is delimited on the one hand by the shaft extension and on the other hand by the rotor shaft, this also adjoins the connection area between the shaft end and the shaft extension. The temperature control of the cooling area can therefore be used to control the temperature of the particularly stressed and sensitive connection area - i. H. usually to cool. A coolant—in particular air, an inert gas and/or portions of the process gas—can be fed into the cooling area at a suitable temperature via the coolant supply line. The coolant can then absorb and dissipate part of the heat transported through the material of the rotor.

Es ist im Rahmen der Erfindung denkbar, dass der Kühlbereich an der der Wellendichtung abgewandten Seite einseitig offen ist. Das durch die Kühlmittelleitung zugeführt Kühlmittel kann zumindest teilweise dann entlang der Rotorwelle in einen Gehäuseinnenraum entweichen.It is conceivable within the scope of the invention that the cooling area is open on one side on the side facing away from the shaft seal. The coolant supplied through the coolant line can then escape at least partially along the rotor shaft into a housing interior.

Alternativ oder zusätzlich kann an den Kühlbereich auch zumindest eine Kühlmittelabflussleitung anschließen, über die das (insbesondere zum Teil erwärmte) Kühlmittel aus dem Kühlbereich abgezogen werden kann.Alternatively or additionally, at least one coolant discharge line can also be connected to the cooling area, via which the (in particular partially heated) coolant can be drawn off from the cooling area.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind an dem Impeller zumindest eine Eintrittsöffnung und zumindest eine Austrittsöffnung vorgesehen, welche jeweils einen innerhalb des Impellers angeordneten Hohlraum mit dem den Impeller umgebenden Außenbereich verbinden. Die Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung sind in Axialrichtung beabstandet angeordnet. Hierdurch kann ein Kühlmittelfluss in axialer Richtung durch den Impeller hindurch erzeugt werden. Hierzu ist zumindest eine Kühlmittelzuleitung mit der Eintrittsöffnung assoziiert angeordnet. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Mündung der Kühlmittelzuleitung bzw. eine darin ausgebildete Düse in Axialrichtung mit der Eintrittsöffnung überlappend angeordnet und/oder darauf ausgerichtet ist. Entsprechend ist eine Kühlmittelabflussleitung mit der Austrittsöffnung assoziiert angeordnet. Zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung ist vorzugsweise in dem Kühlbereich eine Zwischendichtung angeordnet, welcher eine Gehäuseinnenseite gegenüber einer Außenseite des Impellers abdichtet. Durch die Zwischendichtung wird der Kühlbereich in einen Zuleitungsbereich und in einen Ableitungsbereich unterteilt. Eine Druckdifferenz zwischen diesen beiden Bereichen kann infolge der Zwischendichtung nicht oder zumindest nicht ausschließlich direkt ausgeglichen werden, sondern erzeugt ein Kühlmittelfluss durch die Eintrittsöffnung in den inneren Hohlraum des Impellers in axialer Richtung durch diesen hindurch und anschließend durch die Austrittsöffnung in den Ableitungsbereich.In a particularly preferred embodiment, at least one inlet opening and at least one outlet opening are provided on the impeller, each of which connects a cavity arranged inside the impeller to the outer area surrounding the impeller. The inlet opening and outlet opening are spaced apart in the axial direction. As a result, a coolant flow can be generated in the axial direction through the impeller. For this purpose, at least one coolant supply line is associated with the inlet opening. This is to be understood in particular as meaning that the mouth of the coolant supply line or a nozzle formed therein overlaps the inlet opening in the axial direction and/or is aligned thereon. Accordingly, a coolant drain line is disposed associated with the exit port. Between the inlet opening and the outlet opening, an intermediate seal is preferably arranged in the cooling area, which seals off an inside of the housing from an outside of the impeller. The intermediate seal divides the cooling area into an inlet area and an outlet area. A pressure difference between these two areas cannot, or at least not exclusively, be directly compensated for as a result of the intermediate seal, but instead generates a flow of coolant through the inlet opening into the inner cavity of the impeller in the axial direction and then through the outlet opening into the discharge area.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind innerhalb des Hohlraums - insbesondere an einem Laufradbolzen - Leitelemente zur Verteilung, Verwirbelung und/oder Förderung des Kühlmediums innerhalb des Hohlraums vorgesehen.In a particularly preferred embodiment, guide elements for distribution, turbulence and/or conveyance of the cooling medium within the cavity are provided within the cavity--in particular on an impeller bolt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Kühlbereich zusätzlich durch eine weitere Wellendichtung begrenzt, welche eine Gehäuseinnenseite gegenüber der Rotorwelle abdichtet. Hierdurch wird ein allseitig geschlossener Bereich gebildet, welcher den Verbindungsbereich zwischen dem Impeller und der Rotorwelle umschließt. Die weitere Wellendichtung kann insbesondere als Labyrinthdichtung, als Kohleschwimmringdichtung oder als Gleitringdichtung ausgebildet sein.According to a particularly preferred embodiment, the cooling area is additionally delimited by a further shaft seal, which seals off the inside of the housing from the rotor shaft. This forms an area that is closed on all sides and encloses the connection area between the impeller and the rotor shaft. The further shaft seal can in particular be designed as a labyrinth seal, as a carbon floating ring seal or as a mechanical seal.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Kühlmittelzuleitung zumindest eine Düse auf, welche auf den Rotor gerichtet ist. Durch die Düse kann eine gezielte Anströmung des Rotors bewirkt werden. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn der Rotor Öffnungen aufweist, welche einen Durchtritt des Kühlmediums in das Innere des Rotors ermöglichen. Hierdurch kann - auch bei einem rotierenden Objekt wie dem Rotor - eine externe und interne Kühlung gewährleistet werden. Besonders bevorzugt ist die Düse in einer Radialebene mit zumindest einer Öffnung des Rotors ausgerichtet.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the coolant supply line has at least one nozzle which is directed towards the rotor. A targeted inflow of the rotor can be effected through the nozzle. This is particularly important when the rotor has openings that allow the cooling medium to pass through into the interior of the rotor. As a result, external and internal cooling can be guaranteed - even with a rotating object such as the rotor. The nozzle is particularly preferably aligned in a radial plane with at least one opening of the rotor.

Bevorzugt weisen die erste Wellendichtung und die zweite Wellendichtung denselben Abstand zur Drehachse auf. Hierdurch entstehen - infolge des Drucks bzw. infolge von Druckschwankungen innerhalb des Kühlbereichs keine axialen Schubkräfte aufgrund des Kolbeneffekts. Besonders bevorzugt sind die Wellendichtung und die weitere Wellendichtung an einem gemeinsamen Bauteil angeordnet. Dieses gemeinsame Bauteil kann vorzugsweise auch eine Kühlmittelzuleitung und/oder eine Kühlmittelabflussleitung beinhalten.The first shaft seal and the second shaft seal are preferably at the same distance from the axis of rotation. As a result, as a result of the pressure or as a result of pressure fluctuations within the cooling area, there are no axial thrust forces due to the piston effect. The shaft seal and the further shaft seal are particularly preferably arranged on a common component. This common component can preferably also contain a coolant supply line and/or a coolant outflow line.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb bzw. die Verwendung einer zuvor beschriebenen Turbomaschine. Erfindungsgemäß ist dabei an dem Laufrad ein Prozessmedium von einem Laufradeinlass zu einem Laufradauslass geführt. Das Prozessmedium weist an dem Laufradeinlass und/oder dem Laufradauslass eine Temperatur von zumindest 400 °C auf. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Turbomaschine dazu geeignet, ein Prozessmedium mit mehr als 500 °C zu verarbeiten. Die maximale Temperatur des Prozessmediums ist in Abhängigkeit von den verwendeten Materialien - insbesondere des Laufrads und des Laufradraums - zu bestimmen. Üblicherweise ist die Temperatur des Prozessmediums nicht größer 900 °C, insbesondere nicht größer als 800 °C. Derartig hohe Temperaturen kommen insbesondere bei stationären Wärmekraftmaschinen, wie beispielsweise Gasturbinen, thermischen Energiespeichern oder auch Hochtemperaturkernreaktoren vor. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Turbomaschine in einer dieser Hochtem peraturanwendungen.The invention also relates to a method for operating or using a turbomachine as described above. According to the invention, a process medium is guided from an impeller inlet to an impeller outlet on the impeller. The process medium has a temperature of at least 400° C. at the impeller inlet and/or the impeller outlet. The turbomachine according to the invention is preferably suitable for processing a process medium with more than 500.degree. The maximum temperature of the process medium must be determined depending on the materials used - in particular the impeller and the impeller space. The temperature of the process medium is usually no greater than 900°C, in particular no greater than 800°C. Such high temperatures occur in particular in stationary heat engines, such as gas turbines, thermal energy stores or high-temperature nuclear reactors. The invention also relates to the use of a turbomachine according to the invention in one of these high-temperature applications.

Vorzugsweise wird dem Wellenfortsatz und Rotorwelle ein Kühlmedium zugeführt, welches eine geringere Temperatur als das Prozessmedium an dem Laufradeinlass und im Laufradauslass aufweist. Durch die direkte Kühlung der Verbindungsstelle zwischen den Impeller (an dem Wellenfortsatz) und der Rotorwelle kann die dortige mechanische Verbindung gestärkt und geschützt werden. Als Kühlmedium kommt insbesondere Luft, ein Inertgas (wie beispielsweise Stickstoff, Lachgas, CO2 oder Helium) und/oder abgezweigtes Prozessmedium in Betracht. Besonders bevorzugt weist das Kühlmedium, welches dem Rotor zugeführt wird, eine Temperatur von nicht mehr als 300 °C, vorzugsweise nicht mehr als 200 °C auf. Ganz besonders bevorzugt wird das Kühlmedium mit Raumtemperatur (weniger als 30 °C) zugeführt.A cooling medium is preferably supplied to the shaft extension and rotor shaft, which has a lower temperature than the process medium at the impeller inlet and in the impeller outlet. By directly cooling the connection point between the impeller (on the shaft extension) and the rotor shaft, the mechanical connection there can be strengthened and protected. In particular, air, an inert gas (such as nitrogen, nitrous oxide, CO 2 or helium) and/or branched-off process medium can be considered as the cooling medium. Particularly preferably, the cooling medium which is fed to the rotor has a temperature of not more than 300°C, preferably not more than 200°C. The cooling medium is very particularly preferably supplied at room temperature (less than 30° C.).

Bevorzugt wird das Kühlmedium der Verbindungsstelle mit einem Überdruck gegenüber dem Prozessmedium zugeführt. Dadurch entfaltet das Kühlmedium zusätzlich eine Sperrwirkung an der Wellendichtung. Entsprechend den hohen Temperaturen kann das Prozessmedium besonders hohe Drücke von mehr als 10 bar, vorzugsweise mehr als 100 bar, besonders bevorzugt 200 bar bis 250 bar aufweisen. Das Kühlmedium muss dann mit einem entsprechend höheren Druck zugeführt werden.The cooling medium is preferably supplied to the connection point with an overpressure compared to the process medium. As a result, the cooling medium also develops a blocking effect on the shaft seal. Corresponding to the high temperatures, the process medium can have particularly high pressures of more than 10 bar, preferably more than 100 bar, particularly preferably 200 bar to 250 bar. The cooling medium must then be supplied at a correspondingly higher pressure.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Kühlmedium zumindest auch teilweise durch den Rotor hindurchgeführt. Hierdurch kann die Kühlleistung infolge einer erhöhten Übertragungsfläche erhöht werden. Weiterhin können besonders beanspruchte Bauteile im Innern des Rotors - etwa eine Laufradbolzen - auch direkt mit dem Kühlmedium beaufschlagt und gekühlt werden.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the cooling medium is at least partially guided through the rotor. As a result, the cooling capacity can be increased as a result of an increased transfer area. Furthermore, particularly stressed components inside the rotor - such as an impeller bolt - can also be directly exposed to the cooling medium and cooled.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen dabei schematisch:

  • 1 einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Turbomaschine,
  • 2 eine Detailansicht aus 1,
  • 3 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A in 1 und 2,
  • 4A eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Impellers gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 und
  • 4B eine Darstellung entsprechend 4A bei einer alternativen Ausführungsform.
The invention is explained below with reference to drawings that merely show exemplary embodiments. They show schematically:
  • 1 a partial section through a turbomachine according to the invention,
  • 2 a detailed view 1 ,
  • 3 a sectional view along section line AA in 1 and 2 ,
  • 4A a sectional view of the impeller according to the invention according to the embodiment of FIG 1 until 3 and
  • 4B a representation accordingly 4A in an alternative embodiment.

Die Teil-Schnittdarstellung der 1 zeigt eine erfindungsgemäße Turbomaschine mit einem lediglich ausschnittsweise dargestellten mehrteiligen Gehäuse 1 und einem von dem Gehäuse 1 umschlossenen Laufradraum 2. An dem Gehäuse ist ein Rotor 3 um eine Drehachse x drehbar gelagert. Die hierzu verwendete Lageranordnung ist in den Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Der Rotor umfassend eine nur teilweise dargestellte Rotorwelle 4 und einen teilweise in der Laufradkammer 2 angeordneten Impeller 5. Der Rotor 3 ist gegenüber dem Gehäuse 1 über eine Wellendichtung 6 abgedichtet.The partial sectional view of the 1 shows a turbomachine according to the invention with a multi-part housing 1 shown only partially and an impeller space 2 enclosed by the housing 1. A rotor 3 is rotatably mounted on the housing about an axis of rotation x. The bearing arrangement used for this purpose is not shown in the figures for the sake of clarity. The rotor comprises a rotor shaft 4 (only partially shown) and an impeller 5 partially arranged in the impeller chamber 2 . The rotor 3 is sealed off from the housing 1 by a shaft seal 6 .

Die in dem Ausführungsbeispiel gezeigt Turbomaschine ist beispielhaft als Expander - d. h. als Turbine - ausgebildet. Hierzu weist das Gehäuse 1 einen in einem Einlaufbauwerk angeordneten Leiterapparat 7 sowie eine Auslassleitung 8 auf. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch ohne Beschränkung auf Turbopumpen oder Turbokompressoren anwendbar.The turbomachine shown in the exemplary embodiment is exemplified as an expander—i.e. H. designed as a turbine. For this purpose, the housing 1 has a conductor apparatus 7 arranged in an inlet structure and an outlet line 8 . However, the present invention is also applicable to turbopumps or turbocompressors without limitation.

Erfindungsgemäß weist der Impeller 5 ein in der Laufradkammer 2 angeordnetes Laufrad 5a sowie einen einstückig das Laufrad 5a anschließenden Wellenfortsatz 5b auf. Dabei ist vorgesehen, dass die Wellendichtung 6 das Gehäuse 1 gegenüber dem Wellenfortsatz 5b abdichtet. Dadurch wird der Verbindungsbereich 9 zwischen einem Wellenende 4a der Rotorwelle und dem Wellenfortsatz 5b des Impellers 5 gegenüber den Bedingungen im Bereich des Laufrades 5a abgeschirmt. Zur zusätzlichen Isolation sind zwischen der Wellendichtung 6 und dem Laufrad 5a thermisch isolierende Abdeckstücke 10 angeordnet, welche mit geringer Toleranz der Kontur des Impellers 5 an der Laufradrückseite und Teilen der Außenfläche des Wellenfortsatz 5b folgt. Im Rahmen des gezeigten Ausführungsbeispiels liegt die Rotorwelle 4 (durch ihr Wellenende 4a) ausschließlich an dem Wellenfortsatz 5b des Impellers 5 an. Ein direkter Kontakt zu dem Laufrad 5a besteht nicht.According to the invention, the impeller 5 has an impeller 5a arranged in the impeller chamber 2 and a shaft extension 5b integrally adjoining the impeller 5a. It is provided that the shaft seal 6 seals the housing 1 against the shaft extension 5b. This will the connection area 9 between a shaft end 4a of the rotor shaft and the shaft extension 5b of the impeller 5 is shielded from the conditions in the area of the impeller 5a. For additional insulation, thermally insulating cover pieces 10 are arranged between the shaft seal 6 and the impeller 5a, which follow the contour of the impeller 5 on the rear side of the impeller and parts of the outer surface of the shaft extension 5b with a small tolerance. In the context of the exemplary embodiment shown, the rotor shaft 4 rests (through its shaft end 4a) exclusively on the shaft extension 5b of the impeller 5. There is no direct contact with the impeller 5a.

Das Laufrad weist umfangsseitig eine Vielzahl von angedeuteten Strömungskanälen 11 auf, welche sich von einem Laufradeinlass 11a zu einem Laufradauslass 11b erstrecken. In dem Prozessmedium am Laufradeinlass 11a in Form von Druck enthaltene Energie kann in dem dargestellten Expander beim durchströmen der Laufradkanäle 11 in ein Drehmoment umgesetzt werden, welches über den Wellenfortsatz 5b die Verbindungsstelle 9 auf das Wellenende 4a der Rotorwelle 4 übertragen wird.The impeller has a plurality of indicated flow channels 11 on the circumference, which extend from an impeller inlet 11a to an impeller outlet 11b. Energy contained in the process medium at the impeller inlet 11a in the form of pressure can be converted into a torque in the illustrated expander when flowing through the impeller channels 11, which torque is transmitted via the shaft extension 5b, the connection point 9 to the shaft end 4a of the rotor shaft 4.

In der 2 ist ein Detail der 1 dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass in dem Verbindungsbereich 9 eine Hirth-Verzahnung als Formschluss-Verbindung zwischen dem Wellenfortsatz 5b und dem Wellenende 4a der Rotorwelle 4 ausgebildet ist. Diese Formschluss-Verbindung wird durch trapezförmige Zähne 12a gebildet, welche in zugeordnete dreieckförmige Aufnahmen 12b des jeweils anderen Verbindungspartners eingreifen. Dabei liegen die Flanken der trapezförmigen Vorsprünge 12a jeweils flächenbündig aneinander an und ermöglichen so in Kombination mit einer Verspannung in Richtung der Drehachse x eine stabile mechanische Verbindung. Am Grund der dreieckförmigen Aufnahmen 12b, welche nicht von dem Material eines trapezförmigen Vorsprungs ausgefüllt werden, verbleiben Öffnungen 13, durch welche das Innere des Rotors 3 zugänglich ist. Zur zusätzlichen Kühlung des Verbindungsbereichs 9 sind eine Kühlmittelzuleitung 14 sowie eine Kühlmittelabflussleitung 15 vorgesehen. Die Kühlmittelzuleitung 14 umfasst eine Düse 16, welche auf den Verbindungsbereich 9 des Impellers 5 und der Rotorwelle 4 gerichtet ist. Die Düse 16 ist dabei insbesondere so ausgerichtet, dass ein durch sie hindurchströmendes Kühlfluid in radialer Richtung durch die Öffnungen 13 in das Innere des Rotors 3 eintreten kann. Im Innern des Rotors ist eine zusätzliche Wärmeaufnahme durch das Kühlmedium möglich. Das erwärmte Kühlmedium kann dann wiederum durch die Öffnungen 13 entweichen und über die Kühlmittelabflussleitung 15 abgezogen werden.In the 2 is a detail of 1 shown. It can be seen that in the connection area 9 a Hirth toothing is formed as a form-fitting connection between the shaft extension 5b and the shaft end 4a of the rotor shaft 4 . This form-fit connection is formed by trapezoidal teeth 12a, which engage in associated triangular receptacles 12b of the respective other connection partner. The flanks of the trapezoidal projections 12a each lie flush against one another and thus enable a stable mechanical connection in combination with bracing in the direction of the axis of rotation x. At the base of the triangular receptacles 12b, which are not filled by the material of a trapezoidal projection, openings 13 remain, through which the interior of the rotor 3 is accessible. A coolant supply line 14 and a coolant discharge line 15 are provided for additional cooling of the connection area 9 . The coolant supply line 14 includes a nozzle 16 which is directed towards the connection area 9 of the impeller 5 and the rotor shaft 4 . The nozzle 16 is in particular aligned in such a way that a cooling fluid flowing through it can enter the interior of the rotor 3 in the radial direction through the openings 13 . Additional heat absorption by the cooling medium is possible inside the rotor. The heated cooling medium can then in turn escape through the openings 13 and be drawn off via the coolant outflow line 15 .

In der 3 ist ein Querschnitt senkrecht zur Drehachse x in dem Verbindungsbereich 9 dargestellt: Um eine möglichst gleichmäßige Kühlung der Verbindungsstelle 9 zu erzielen, sind in Umfangsrichtung äquidistant mehrere Kühlmittelzuleitungen 14 mit Düsen 16 vorgesehen, welche in Richtung der Drehachse x ausgerichtet sind. Zwischen jeweils zwei benachbarten Kühlmittelzuleitungen 14 sind Kühlmittelabflussleitungen 15 ebenfalls äquidistant in Umfangsrichtung angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die jeweils drei Kühlmittelzuleitungen 14 und diametral gegenüberliegend Kühlmittelabflussleitungen 15 vorgesehen.In the 3 a cross section perpendicular to the axis of rotation x is shown in the connection area 9: In order to achieve the most uniform possible cooling of the connection point 9, several coolant supply lines 14 with nozzles 16 are provided equidistant in the circumferential direction, which are aligned in the direction of the axis of rotation x. Coolant discharge lines 15 are also arranged equidistantly in the circumferential direction between each two adjacent coolant supply lines 14 . In the exemplary embodiment shown, the three coolant supply lines 14 and coolant discharge lines 15 are provided diametrically opposite one another.

In der 4A ist im Längsschnitt entlang der Drehachse x durch die erfindungsgemäße Turbomaschine dargestellt. Dabei wird zwischen der Wellendichtung 6, dem Wellenfortsatz 5b, der Rotorwelle 4, einer Gehäuseinnenseite 17 und einer weiteren Wellendichtung 18 ein Kühlbereich 19 umschlossen, in den eine Kühlmittelzuleitung 14 über eine Düse 16 mündet. Die Düse 16 ist dabei so ausgerichtet, dass durch sie hindurchströmendes Kühlmedium unmittelbar auf den Verbindungsbereich an der Nahtstelle zwischen dem Wellenfortsatz 5b und dem Wellenende 4a gerichtet ist. Durch die - mit den Vorsprüngen 12a und den Aufnahmen 12b gebildete - Hirth-Verzahnung und die darin ausgesparten Öffnungen 13 kann das Kühlmedium in einen Innenraum 20 des Rotors ein strömen. Dort ist das Kühlmedium unmittelbar in Kontakt mit einem Laufradbolzen 21, welcher den Impeller 5 gegenüber der Rotorwelle 4 verspannt. Der Laufradbolzen 21 weist dazu ein Außengewinde 21a auf, welcher in ein zugeordnetes Innengewinde 4b der Rotorwelle 4 eingreift. Der Laufradbolzen 21 ist über einen Anlageflansch 21b an einer Schulterfläche 5c des Impellers 5 abgestützt. Das Außengewinde 21a des Laufradbolzens weist einen Radius r1 auf, welcher kleiner ist als der Radius r2 des zylindersymmetrisch ausgebildeten Hohlraums 20. Hierdurch verbleibt ein Abstand a, durch welchen das Kühlmedium hindurchgeleitet werden kann. Der Anlageflansch 21b dichtet den Hohlraum 20 in Richtung des Impellers vollständig ab. Zum zusätzlichen Schutz vor schädlichen Einflüssen ist die zentrale Sackbohrung 5d des Impellers - welche den Hohlraum 20 umfasst - endseitig durch eine Kappe 22 verschlossen.In the 4A is shown in longitudinal section along the axis of rotation x through the turbomachine according to the invention. A cooling area 19 is enclosed between the shaft seal 6, the shaft extension 5b, the rotor shaft 4, a housing inside 17 and a further shaft seal 18, into which a coolant supply line 14 opens via a nozzle 16. The nozzle 16 is aligned in such a way that the cooling medium flowing through it is directed directly at the connection area at the interface between the shaft extension 5b and the shaft end 4a. Through the - formed with the projections 12a and the receptacles 12b - Hirth toothing and the openings 13 cut out therein, the cooling medium can flow into an interior space 20 of the rotor. There the cooling medium is in direct contact with an impeller bolt 21 which braces the impeller 5 in relation to the rotor shaft 4 . For this purpose, the impeller bolt 21 has an external thread 21a which engages in an associated internal thread 4b of the rotor shaft 4 . The impeller bolt 21 is supported on a shoulder surface 5c of the impeller 5 via a contact flange 21b. The external thread 21a of the impeller bolt has a radius r 1 which is smaller than the radius r 2 of the cylindrically symmetrical cavity 20. This leaves a distance a through which the cooling medium can be passed. The contact flange 21b completely seals the cavity 20 in the direction of the impeller. For additional protection against harmful influences, the central blind hole 5d of the impeller—which encompasses the cavity 20—is closed at the end by a cap 22 .

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Wellendichtung 6 die weitere Wellendichtung 18 in einem gemeinsamen Träger 1a ausgebildet, welcher gleichzeitig die Düse 16 aufnimmt. Der Träger 1a kann nach dem Entfernen des Impellers 5 ebenfalls zu Wartungszwecken besonders einfach aus dem Gehäuse 1 ausgebaut werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bildet eine innenseitige Fläche des Trägers 1a die Gehäuseinnenseite 17.In the exemplary embodiment shown, the shaft seal 6 and the further shaft seal 18 are formed in a common carrier 1a, which also accommodates the nozzle 16. After the impeller 5 has been removed, the carrier 1a can also be removed from the housing 1 in a particularly simple manner for maintenance purposes. In the exemplary embodiment shown, an inside surface of the carrier 1a forms the inside of the housing 17.

Die Wellendichtung 6 und die weitere Wellendichtung 18 weisen denselben effektiven Radius auf, welcher dem Außenradius sowohl des Wellenfortsatzes 5b als auch des Wellenendes 4a entspricht. Axiale Schubmomenten infolge des Kolbeneffekts sind daher ausgeschlossen. In diesem Beispiel sind sowohl die Wellendichtung 6 als auch die weitere Wellendichtung 18 jeweils als Labyrinthdichtungen ausgebildet, bei denen an dem Träger 1a radial nach Innen vorstehende Spitzen mit einer zugeordneten Dichtfläche an der Außenseite des Wellenfortsatzes 5b bzw. des Wellenendes 4a angenähert sind. Durch die geringen Spaltmaße wird ein Fluidstrom in Axialrichtung x massiv gebremst.The shaft seal 6 and the other shaft seal 18 have the same effective radius, which corresponds to the outer radius of both the shaft extension 5b and the shaft end 4a. Axial thrust moments due to the piston effect are therefore excluded. In this example, both the shaft seal 6 and the further shaft seal 18 are each designed as labyrinth seals, in which radially inwardly protruding tips on the carrier 1a are brought together with an associated sealing surface on the outside of the shaft extension 5b or the shaft end 4a. Due to the small gap dimensions, a fluid flow in the axial direction x is massively slowed down.

Eine zu der Ausführungsvariante gemäß 4A alternative Ausführungsform ist in der 4B dargestellt. Dabei ist der Kühlbereich 19' durch eine Zwischendichtung 23 zweigeteilt in eine Zuleitungsbereich 19a' und einen Abflussbereich 19b'. Der Kühlbereich 19' wird in axialer Richtung x jeweils durch eine Wellendichtung 6' und eine weitere Wellendichtung 18' begrenzt. One according to the variant 4A alternative embodiment is in the 4B shown. The cooling area 19' is divided in two by an intermediate seal 23 into a feed area 19a' and an outflow area 19b'. The cooling area 19' is delimited in the axial direction x by a shaft seal 6' and a further shaft seal 18'.

Sowohl die weitere Wellendichtung 18' als auch die Zwischendichtung 23 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Kohleschwimmringdichtungen ausgebildet. Die an der Formschluss-Verzahnung zwischen dem Wellenfortsatz 5b und dem Wellenende 4a gebildeten Öffnungen 13' dienen in dieser Variante als Einlassöffnungen, durch welche ein Kühlmedium in den Hohlraum 20' im Innern des Rotors 3 eintreten kann. Anstatt in dem Einlassbereich 19a' wieder auszutreten, strömt das Kühlmedium entlang des Laufradbolzens 21' und kann durch zumindest eine Auslassöffnung 24 in den Abflussraum 19b', des Kühlbereichs 19' entweichen. Dort wird es von einer Kühlmittelabflussleitung 15 aufgenommen. Durch die gerichtete Bewegung des Kühlmediums innerhalb des Rotors 3 kann eine bessere Kühlwirkung erzielt werden. Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform dabei vorgesehen, dass das Kühlmedium auf der dem Laufrad 5a zugewandten Seite zugeführt wird. Dort hat das Kühlmedium die geringste Temperatur und kann daher im kritischen Bereich die höchste Kühlwirkung erzielen.Both the further shaft seal 18' and the intermediate seal 23 are designed as carbon floating ring seals in this exemplary embodiment. In this variant, the openings 13 ′ formed on the interlocking toothing between the shaft extension 5 b and the shaft end 4 a serve as inlet openings through which a cooling medium can enter the cavity 20 ′ inside the rotor 3 . Instead of exiting again in the inlet area 19a', the cooling medium flows along the impeller bolt 21' and can escape through at least one outlet opening 24 into the outflow space 19b' of the cooling area 19'. There it is taken up by a coolant discharge line 15 . A better cooling effect can be achieved by the directed movement of the cooling medium within the rotor 3 . In the context of the present embodiment, it is provided that the cooling medium is supplied on the side facing the impeller 5a. This is where the cooling medium has the lowest temperature and can therefore achieve the highest cooling effect in the critical area.

Claims (15)

Turbomaschine mit einem Gehäuse (1), mit einem von dem Gehäuse (1) zumindest teilweise umschlossenen Laufradraum (2) und mit zumindest einem an dem Gehäuse (1) durch zumindest eine Lageranordnung um eine Drehachse (x) drehbar gelagerten Rotor (3), welcher zumindest eine Rotorwelle (4) und einen mit der Rotorwelle (4) verbundenen und zumindest teilweise in dem Laufradraum (2) angeordneten Impeller (5) aufweist, wobei der Rotor (3) gegenüber dem Gehäuse (1) durch zumindest eine Wellendichtung (6) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Impeller (5) ein Laufrad (5a) und einen an das Laufrad (5a) einstückig anschließenden Wellenfortsatz (5b) aufweist und dass die Wellendichtung (6) das Gehäuse (1) gegenüber dem Wellenfortsatz (5b) abdichtet.Turbomachine with a housing (1), with an impeller space (2) at least partially enclosed by the housing (1) and with at least one rotor (3) rotatably mounted on the housing (1) by at least one bearing arrangement about an axis of rotation (x), which has at least one rotor shaft (4) and an impeller (5) connected to the rotor shaft (4) and arranged at least partially in the impeller space (2), the rotor (3) relative to the housing (1) being protected by at least one shaft seal (6 ) is sealed, characterized in that the impeller (5) has an impeller (5a) and a shaft extension (5b) integrally connected to the impeller (5a) and in that the shaft seal (6) separates the housing (1) from the shaft extension (5b ) sealed. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (4) mit dem Impeller (5) ausschließlich an dem Wellenfortsatz (5b) anliegt.turbomachine after claim 1 , characterized in that the rotor shaft (4) with the impeller (5) rests exclusively on the shaft extension (5b). Turbomaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wellenfortsatz (5b) und der Rotorwelle (4) eine Formschluss-Verbindung (12a, 12b), insbesondere eine Hirth-Verzahnung ausgebildet ist.turbomachine after claim 1 or 2 , characterized in that between the shaft extension (5b) and the rotor shaft (4) a positive connection (12a, 12b), in particular a Hirth toothing is formed. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Impeller (5) und die Rotorwelle (4) durch zumindest einen Laufradbolzen (21) miteinander verbunden sind.Turbomachine after one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the impeller (5) and the rotor shaft (4) are connected to one another by at least one impeller bolt (21). Turbomaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufradbolzen (21) in einem Hohlraum (20) innerhalb des Wellenfortsatzes (5b) angeordnet ist.turbomachine after claim 4 , characterized in that the impeller bolt (21) is arranged in a cavity (20) within the shaft extension (5b). Turbomaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (20) durch zumindest eine Öffnung (13) mit der Außenseite des Wellenfortsatzes (5b) verbunden ist.turbomachine after claim 5 , characterized in that the cavity (20) through at least one opening (13) is connected to the outside of the shaft extension (5b). Turbomaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (13) zwischen dem Wellenfortsatz (5b) und der Rotorwelle (4) ausgebildet ist.turbomachine after claim 6 , characterized in that the opening (13) is formed between the shaft extension (5b) and the rotor shaft (4). Turbomaschine nach Anspruch 7 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschluss-Verbindung (12a, 12b) ein Profil mit formschlüssigen Kontaktbereichen und Bereichen ohne Kontakt, insbesondere als Hirth-Verzahnung mit abgeschnittenen Spitzen ausgebildet ist.turbomachine after claim 7 and 3 , characterized in that the form-fitting connection (12a, 12b) is a profile with form-fitting contact areas and areas without contact, in particular designed as a Hirth toothing with truncated tips. Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenfortsatz (5b) einen maximalen Durchmesser aufweist, welcher nicht größer ist als die Hälfte, vorzugsweise nicht größer als ein Drittel des maximalen Durchmessers des Laufrades (5a).Turbomachine after one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the shaft extension (5b) has a maximum diameter which is not greater than half, preferably not greater than a third of the maximum diameter of the impeller (5a). Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung vollständig auf dem der Laufradraum (2) abgewandten Seite der Wellendichtung (6) angeordnet ist.Turbomachine after one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the bearing arrangement is arranged completely on the side of the shaft seal (6) facing away from the impeller space (2). Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1) ein Kühlbereich (19) ausgebildet ist, welcher durch eine Gehäuseinnenfläche (17), die Wellendichtung (6), eine Außenfläche des Wellenfortsatzes (5b) und die Rotorwelle (4) begrenzt ist und dass der Kühlbereich (19) an eine Kühlmittelzuleitung (14) angeschlossen ist.Turbomachine after one of the Claims 1 until 10 , characterized in that a cooling area (19) is formed in the housing (1), which is delimited by a housing inner surface (17), the shaft seal (6), an outer surface of the shaft extension (5b) and the rotor shaft (4) and that the cooling area (19) is connected to a coolant supply line (14). Turbomaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelzuleitung (14) zumindest eine Düse (16) aufweist, welche auf den Rotor (3) gerichtet ist.turbomachine after claim 11 , characterized in that the coolant supply line (14) has at least one nozzle (16) which is directed towards the rotor (3). Verfahren zum Betrieb einer Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Laufrad (5a) ein Prozessmedium von einem Laufradeinlass (11 a) zu einem Laufradauslass (11b) geführt wird, welches an dem Laufradeinlass (11 a) und/oder dem Laufradauslass (11b) eine Temperatur von zumindest 400 °C, insbesondere zumindest 500 °C, aufweist.Method for operating a turbomachine according to one of Claims 1 until 12 , characterized in that a process medium is guided on the impeller (5a) from an impeller inlet (11a) to an impeller outlet (11b), which at the impeller inlet (11a) and/or the impeller outlet (11b) has a temperature of at least 400 °C, in particular at least 500 °C. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wellenfortsatz (5b) und der Rotorwelle (4) ein Kühlmedium zugeführt wird, welches eine geringere Temperatur als das Prozessmedium an dem Laufradeinlass (11 a) und dem Laufradauslass (11b) aufweist.procedure after Claim 13 , characterized in that the shaft extension (5b) and the rotor shaft (4) is supplied with a cooling medium which has a lower temperature than the process medium at the impeller inlet (11a) and the impeller outlet (11b). Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium durch den Rotor (3) hindurchgeführt wird.procedure after Claim 13 or 14 , characterized in that the cooling medium is passed through the rotor (3).
DE102020134759.6A 2020-12-22 2020-12-22 Turbomachine and method of operating a turbomachine Withdrawn DE102020134759A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020134759.6A DE102020134759A1 (en) 2020-12-22 2020-12-22 Turbomachine and method of operating a turbomachine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020134759.6A DE102020134759A1 (en) 2020-12-22 2020-12-22 Turbomachine and method of operating a turbomachine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020134759A1 true DE102020134759A1 (en) 2022-06-23

Family

ID=81847171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020134759.6A Withdrawn DE102020134759A1 (en) 2020-12-22 2020-12-22 Turbomachine and method of operating a turbomachine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020134759A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4361407A1 (en) 2022-10-28 2024-05-01 Atlas Copco Energas Gmbh Turbomachine with adjustable guide elements and method of operating the turbomachine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4012211C1 (en) 1990-04-14 1991-10-17 Mtu Muenchen Gmbh
US20050189772A1 (en) 2004-02-14 2005-09-01 Gozdawa Richard J. Turbomachinery electric generator arrangement
DE102005041003A1 (en) 2005-08-29 2007-03-01 Man Turbo Ag Shaft seal for e.g. single shaft expander, of transmission machine, has ring chamber facing interior of expander and provided with supply of sealing gas, and another chamber turned away to interior and provided with extraction of gas
US20120201658A1 (en) 2009-10-30 2012-08-09 Turbomeca Method for protecting the passage of air in a drive part coupling in an unprotected environment, coupling for implementation, and rotor line fitted with such couplings

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4012211C1 (en) 1990-04-14 1991-10-17 Mtu Muenchen Gmbh
US20050189772A1 (en) 2004-02-14 2005-09-01 Gozdawa Richard J. Turbomachinery electric generator arrangement
DE102005041003A1 (en) 2005-08-29 2007-03-01 Man Turbo Ag Shaft seal for e.g. single shaft expander, of transmission machine, has ring chamber facing interior of expander and provided with supply of sealing gas, and another chamber turned away to interior and provided with extraction of gas
US20120201658A1 (en) 2009-10-30 2012-08-09 Turbomeca Method for protecting the passage of air in a drive part coupling in an unprotected environment, coupling for implementation, and rotor line fitted with such couplings

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4361407A1 (en) 2022-10-28 2024-05-01 Atlas Copco Energas Gmbh Turbomachine with adjustable guide elements and method of operating the turbomachine
DE102022128618A1 (en) 2022-10-28 2024-05-08 Atlas Copco Energas Gmbh Turbomachines and methods for operating a turbomachine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1725741B1 (en) Rotor for a turbomachine
EP1945911B1 (en) Steam turbine
EP1774140B1 (en) Steam turbine, and method for the operation of a steam turbine
EP1389690A1 (en) Screw interiorly cooled
WO2008110429A1 (en) Rotor of a gas turbine
DE2554353A1 (en) GAS TURBINE ENGINE
EP2078137B1 (en) Rotor for a turbo-machine
DE19914227A1 (en) Heat protection device for gas turbines has cast protection elements located between main rotor part and rotor blade row
WO2006087267A1 (en) Sealing element for use in turbomachinery
EP2820309A1 (en) Turbomachine having a temperature-controlled cover
DE102020134759A1 (en) Turbomachine and method of operating a turbomachine
WO2010052053A1 (en) Gas turbine with securing plate between blade base and disk
EP2396517B1 (en) Three-shelled steam turbine
EP0173803B1 (en) Fluid engine
EP2987952A1 (en) Steam turbine and method for operating a steam turbine
DE102008045657B4 (en) Apparatus and method for reducing the pressure on a parting line between at least two boundary parts
DE102013213115A1 (en) Rotor for a turbine
WO2009112299A1 (en) Steam turbine having divided inside housing
EP2598724A1 (en) Steam turbine and process for cooling such a steam turbine
DE3835341A1 (en) Centrifugal compressor with horizontal joint face
EP2159380A1 (en) Gas turbine assembly with a porous housing and fabrication method
EP3587748B1 (en) Housing structure for a turbo engine, turbo engine and method for cooling a housing section of a structure of a turbo engine
DE1601575A1 (en) Axial turbine
DE102016203731A1 (en) steam turbine
DE102018120894A1 (en) turbomachinery

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee