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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Turboverdichter zum Verbessern der Starrheit einer Drehwelle, Verbessern einer Kupplungskraft zwischen der Drehwelle und einem Laufrad und Gewährleisten der Zuverlässigkeit eines Lagers.
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[Stand der Technik]
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Verdichter beinhalten Kolbenverdichter, Schraubenverdichter und Turboverdichter.
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Ein Kolbenverdichter verdichtet Gas durch eine Hin- und Herbewegung eines Kolbens in einem Zylinder, und ein Schraubenverdichter verdichtet Gas basierend auf einer Drehung eines Schraubenrotors, der zwei Wellen enthält, welche jede ein Paar Torsionsgewinde aufweisen, beispielsweise ein Innengewinde und ein Außengewinde.
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Der Turboverdichter ist ein Beispiel eines Kreiselverdichters und verdichtet Gas basierend auf einer Zentrifugalkraft, die durch Drehen eines Rads in einem hinteren Flügel in einer Ummantelung erzeugt wird.
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Turboverdichter weisen im Vergleich zu Kolbenverdichtern und Schraubenverdichtern Vorteile hoher Kapazität, geringer Geräuschentwicklung und leichter Wartung auf.
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Zudem können die Turboverdichter sauberes Druckgas erzeugen, das kein Öl enthält.
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Gasverdichtende Komponenten eines Kreiselturboverdichters beinhalten ein Laufrad zum Beschleunigen von Gas und einen Diffusor zum Verlangsamen der beschleunigten Gasströmung und Umwandeln in Druckenergie.
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Wenn der Motor das Laufrad mit hoher Geschwindigkeit dreht, wird externes Gas entlang einer axialen Richtung des Laufrads angesaugt und das angesaugte Gas in einer Zentrifugalrichtung des Laufrads abgelassen.
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Ein Faktor von höchster Bedeutung in der Gestaltung des Turboverdichters ist ein erster Biegemodus der Drehwelle.
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Detaillierter gesagt ist die Gestaltung zum Gewährleisten der Starrheit der Drehwelle erheblich, um eine kritische Drehzahl der Drehwelle in ihrem ersten Biegemodus zu vermeiden.
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1 zeigt einen Querschnitt eines Turboverdichters des Stands der Technik. 2 zeigt eine Drehwelle eines Turboverdichters des Stands der Technik.
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Unter Bezugnahme auf 1 und 2 enthält der Turboverdichter des Stands der Technik eine Ummantelung 10, einen Stator 12, der in der Ummantelung 10 angeordnet ist, und eine Drehwelle 20, die einen Rotor 22 enthält, welcher innerhalb des Stators dreht und beide Enden an ein Laufrad (nicht gezeigt) gekuppelt aufweist.
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Die Drehwelle 20 enthält eine Axiallagerschiene 25 zum Tragen von Last in einer axialen Richtung.
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Ein Außendurchmesser der Drehwelle 20 kann derart gestaltet sein, dass er gleich einem oder geringer als ein vorgegebenes Niveau hinsichtlich eines kritischen Geschwindigkeitsindex eines Axiallagers ist, und alle Komponenten müssen zum Arbeiten in einer Hochtemperaturumgebung mit einer größeren Kraft fest verkuppelt sein.
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In der Hochtemperaturumgebung dehnt sich die Drehwelle aufgrund von Wärme aus. Wenn die Kupplung zwischen dem Laufrad und der Drehwelle aufgrund der Ausdehnung locker wird, könnte das Laufrad nicht mit der Drehwelle drehen und es kann Schlupf auftreten, wodurch die Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit des Turboverdichters in hohem Maße verschlechtert wird.
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Zum Lösen der obigen Probleme offenbart die US-Patentveröffentlichung Nr.
2004-0005228 (veröffentlicht am 8. Januar 2004) eine Struktur zum Erzielen einer Kupplungskraft unter Benutzung eines Verbindungsbolzens.
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3 ist eine Querschnittansicht, die einen Turboverdichter eines früheren Patents zeigt. 4 zeigt einen Kühlring eines Turboverdichters eines früheren Patents.
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Wie gezeigt, durchläuft für den Turboverdichter eines früheren Patents eine Verbindungsstange 48 eine Mitte der Drehwelle, um Komponenten der Drehwelle zu verkuppeln.
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Beide Enden eines Permanentmagneten 52 eines Rotors werden durch Endkappen 56 und 58 gepresst, eine Außenumfangsfläche des Permanentmagneten 52 ist in eine Presshülse 54 eingesetzt, ein erster Achslagerschaft 40 ist an der Endkappe 56 angeordnet, ein zweiter Achslagerschaft 44 ist an der Endkappe 58 angeordnet, ein Laufrad 20 ist am ersten Achslagerschaft 40 angeordnet, ein Axiallager 46 ist am zweiten Achslagerschaft 44 angeordnet, und die Verbindungsstange durchläuft und verkuppelt die obigen Komponenten.
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Diese Struktur weist einen Vorteil des Verstärkens einer Kupplungskraft der axialen Kupplungskomponenten, wenn eine Zugkraft auf die Verbindungsstange 48 ausgeübt ist, jedoch steht zu befürchten, dass, da der Turboverdichter zahlreiche Komponenten enthält und die Komponenten durch die Verbindungsstange 48, die deren Mitten durchläuft, verkuppelt sind, die Komponenten davon exzentrisch bezüglich der Mitte der Drehwelle verkuppelt sein können.
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Die Komponenten enthalten jeweils Durchgangslöcher. Die Verbindungsstange 48 ist an die Durchgangslöcher gekuppelt, durchläuft die Komponenten davon und ist an diese angekuppelt.
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Zudem kann ein Spalt zwischen einem Außendurchmesser der Verbindungsstange 48 und einem Innendurchmesser des Durchgangslochs zum Verkuppeln der Verbindungsstange 48 vorliegen. In diesem Fall könnten, aufgrund des Spalts, die Komponenten, die an die Verbindungsstange 48 gekuppelt sind, bezüglich der Mitte der Drehwelle nicht genau ausgerichtet sein und könnten in einem exzentrischen Zustand verkuppelt sein.
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Wenn die Exzentrizität auftritt, nimmt ein Trägheitsdrehmoment zu, wodurch die Effizienz des Verdichters verschlechtert wird.
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Der Turboverdichter des Stands der Technik enthält ein Gehäuse 12 mit einer symmetrischen Form bezüglich einer Mittelachse 14, einen Einlass 16 zum Einleiten von Verdichtungsfluid, einen Verdichter mit einem Laufrad 20 und einem Diffusor 22, einen Motor, der im Gehäuse 12 angeordnet ist und einen Rotor 42 und einen Stator 50 enthält, und einen Kühlring 36, der im Gehäuse 12 zum Umgeben des Stators 50 angeordnet ist.
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Der Kühlring 36 definiert eine Spiralnut 38 an einer Außenumfangsfläche davon, einen Einlass 32 und einen Ablassauslass 34 zum Zuführen und Wiedergewinnen von Kühlfluid zwischen dem Gehäuse 12 und dem Kühlring 36.
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Der Turboverdichter dreht mit hoher Geschwindigkeit zum Erzeugen von Wärme. Wenn die Wärme, die durch den Betrieb des Turboverdichters erzeugt wird, nicht sachgemäß gekühlt wird, können Reibung erzeugende Abschnitte und der Antriebsmotor beschädigt werden.
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Zudem enthält der Turboverdichter eines früheren Patents den Kühlring 36, der innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet ist und das Kühlfluid zwischen dem Kühlring 36 und dem Gehäuse 12 zuführt (beispielsweise durch eine Nut 38, die an der Außenumfangsfläche des Kühlrings definiert ist).
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Diese Struktur kühlt das Gehäuse 12 und den Kühlring 36 des Turboverdichters zum wirksamen Kühlen des Motors und indirekten Kühlen eines Lagerreibungsabschnitts.
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Daher muss, wenn die Drehgeschwindigkeit des Turboverdichters erhöht wird, das Lager gekühlt werden. Die Struktur des Stands der Technik weist jedoch dahingehend ein Problem auf, dass die Struktur das Lager nicht wirksam kühlt.
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[Offenbarung]
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[Technisches Problem]
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Die vorliegende Offenbarung dient zum Lösen der oben beschriebenen Probleme und sieht einen Turboverdichter vor, der zum Vermeiden eines ersten Biegemodus einer Drehwelle selbst während Hochgeschwindigkeitsdrehung durch Erzielen von Starrheit der Drehwelle des Turboverdichters imstande ist.
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Die vorliegende Offenbarung sieht außerdem einen Turboverdichter vor, bei dem Komponenten, die an die Drehwelle gekuppelt sind, bezüglich einer Mitte der Drehwelle genau ausgerichtet sein können.
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Die vorliegende Offenbarung sieht ferner einen Turboverdichter vor, der zum Aufrechterhalten eines starr befestigten Zustands der Komponenten, wie etwa ein Laufrad, selbst in einer Hochtemperaturumgebung, in der der Turboverdichter mit hoher Geschwindigkeit betrieben wird, imstande ist.
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Die vorliegende Offenbarung sieht ferner einen Turboverdichter vor, der für Miniaturisierung geeignet ist.
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Die vorliegende Offenbarung sieht ferner einen Turboverdichter vor, der einen Kühlströmungsweg zum Zuführen von Fluid zu einer Axiallagerschiene zum stabilen Arbeiten auf Hochgeschwindigkeit enthält.
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Die vorliegende Offenbarung sieht ferner einen Turboverdichter vor, der zum Zuführen eines Anteils von Kühlmittel, das über einen Ablassströmungsweg abgelassen wird, zu einer Innenseite einer Lagerummantelung zum Kühlen eines Axiallagers imstande ist.
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Die vorliegende Offenbarung sieht ferner einen Turboverdichter vor, der zum Zuführen eines Anteils von Kühlmittel innerhalb einer Laufradummantelung zur Innenseite der Lagerummantelung und zum Kühlen des Axiallagers imstande ist.
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[Technische Lösung]
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Zum Lösen der obigen Aufgabe ist ein Turboverdichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein zweistufiger, Rücken-an-Rücken-Turboverdichter, bei dem zwei Laufräder Rückflächen davon zugekehrt sind und mit angewandter Vorbelastung verkuppelt sind.
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Zudem ist eine Axiallagerschiene an einer Rückfläche des ersten Laufrads mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser angeordnet, und die Axiallagerschiene 120 und das erste Laufrad sind unter Benutzung der Verbindungsstange in einem Zustand, in dem die Vorbelastung angewandt ist, verkuppelt, wodurch eine Kupplungskraft zwischen der Axiallagerschiene und dem ersten Laufrad erzielt ist.
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Zudem ist ein Kupplungsschaftabschnitt von jedem des ersten Laufrads und der Axiallagerschiene in eine Laufradhülse eingesetzt, die zwischen dem ersten Laufrad und der Axiallagerschiene angeordnet ist, um die Kupplungskraft zwischen dem ersten Laufrad und der Axiallagerschiene durch unbewegliche Passung zwischen der Laufradhülse und dem Kupplungsschaftabschnitt vorzusehen.
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Zudem weist die Drehwelle eine mehrstufige Struktur auf, bei der Durchmesser an einem Ende der Drehwelle, das an das zweite Laufrad gekuppelt ist, reduziert sind, um einen Kontaktbereich zwischen dem zweiten Laufrad und der Drehwelle zu vergrößern, an dem die Kupplungskraft ausgeübt ist.
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Zudem kann der Turboverdichter Kühlmittel, das dem Laufrad durch Drehen des Laufrads basierend auf einem Betrieb des Antriebsmotors zugeführt wird, verdichten und die Innenseite des Turboverdichters unter Benutzung des Kühlmittels kühlen, das vom Laufrad abgelassen wird.
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Zudem kann der Turboverdichter einen Kühlströmungsweg enthalten, der vom Ablassströmungsweg zum Führen des Kühlmittels, das vom Laufrad abgelassen wird, abzweigt und mit einer Innenseite der Lagerummantelung zum Unterbringen der Axiallagerschiene verbunden sein.
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Zudem kann der Turboverdichter einen Wiedergewinnungsweg zum Rückführen des Kühlmittels, das der Innenseite der Lagerummantelung zugeführt wird, zum Laufrad enthalten.
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Zudem kann ein Durchflussratensteuerventil in zumindest einem des Kühlströmungswegs oder des Wiedergewinnungsströmungswegs zum Anpassen einer Durchflussrate des Kühlmittels, das in die Lagerummantelung zugeführt wird, angeordnet sein.
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Zudem kann der Turboverdichter einen Wärmetauscher am Kühlströmungsweg zum Austauschen von Wärme zwischen Kühlmittel im Kühlströmungsweg und Kühlmittel, das durch den Saugströmungsweg angesaugt wird, enthalten, wodurch eine Temperatur des Kühlmittels gesenkt wird, das über den Kühlströmungsweg zugeführt wird.
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[Vorteilhafte Auswirkungen]
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung sind, für einen Turboverdichter, ein erstes Laufrad und eine Axiallagerschiene unter Benutzung einer Verbindungsstange in einem Zustand verkuppelt, in dem Vorbelastung angewandt ist, und ein zweites Laufrad ist an eine mehrstufige Drehwelle durch Anwenden von Vorbelastung auf einen kleinen Durchmesserabschnitt der Drehwelle gekuppelt. Daher liegt ein Vorteil dahingehend vor, dass eine Kupplungskraft zwischen drehenden Komponenten des Turboverdichters, die mit hoher Geschwindigkeit drehen, erzielt ist.
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Zudem liegt ein Vorteil dahingehend vor, dass Starrheit der Drehwelle leicht erzielbar ist und verhältnismäßig höhere Betriebsfrequenz erzielbar ist.
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Zudem liegt ein Vorteil dahingehend vor, dass ein Unzulänglichkeitsproblem der Kupplungskraft des Laufrads unter Benutzung einer Verbindungsstange gelöst werden kann.
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Zudem liegt ein Vorteil dahingehend vor, dass der Turboverdichter einen wärmeerzeugenden Abschnitt während des Betriebs des Turboverdichters wirksam kühlen kann.
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Zudem kann die Wärme, die während des Betriebs des Turboverdichters erzeugt wird, unter Nutzung von Fluid gekühlt werden, das dem Laufrad zugeführt und durch dieses verdichtet wird, wobei kein zusätzliches Kühlmittel benutzt wird, wodurch eine Kühlstruktur des Turboverdichters vereinfacht wird.
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Zudem liegt ein Vorteil dahingehend vor, dass der Turboverdichter dem wärmeerzeugenden Abschnitt das Fluid zum wirksamen Steuern der Temperatur des wärmeerzeugenden Abschnitts direkt zuführt.
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Zudem liegt ein Vorteil dahingehend vor, dass der Turboverdichter Wärme zwischen dem Kühlfluid und dem Fluid, das in das Laufrad eingeleitet wird, austauscht, um die Temperatur des Kühlfluids zu senken und eine Durchflussrate des zugeführten Fluids zu verringern.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen Querschnitt eines Turboverdichters des Stands der Technik.
- 2 zeigt eine Drehwelle eines Turboverdichters des Stands der Technik.
- 3 zeigt einen Querschnitt eines Turboverdichters eines früheren Patents.
- 4 zeigt einen Kühlring eines Turboverdichters eines früheren Patents.
- 5 zeigt eine Drehwelle eines Turboverdichters gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 6 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Kupplungsabschnitt zwischen einer Drehwelle eines Turboverdichters und einer Axiallagerschiene gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 7 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Kupplungsabschnitt zwischen einer Drehwelle eines Turboverdichters und einem zweiten Laufrad gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 8 ist ein Schaubild, das Verformung von SUS 304-Material bezüglich Beanspruchung zeigt.
- 9 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen Verformung und einer Kupplungskraft eines Verbindungsbolzens zeigt.
- 10 ist ein Konfigurationsdiagramm, das einen Turboverdichter gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 11 ist ein Konfigurationsdiagramm, das einen Turboverdichter gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 12 ist ein Konfigurationsdiagramm, das einen Turboverdichter gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 13 ist ein Konfigurationsdiagramm, das einen Turboverdichter gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 14 ist ein Konfigurationsdiagramm, das einen Turboverdichter gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 15 ist ein Konfigurationsdiagramm, das einen Turboverdichter gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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[Bester Modus]
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Es sollte nun Bezug auf die Zeichnungen genommen werden, in denen dieselben Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen durchwegs zum Bezeichnen derselben oder ähnlicher Komponenten verwendet werden. Auf eine detaillierte Beschreibung einer allgemein bekannten Konfiguration oder Funktion bezüglich der vorliegenden Offenbarung kann verzichtet werden, wenn sie unnötigerweise das Wesentliche der vorliegenden Offenbarung verunklart.
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In manchen Beispielen können hierin Begriffe wie etwa erste/r/s, zweite/r/s, A, B, (a), (b) und dergleichen beim Beschreiben von Elementen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Diese Begriffe sollen ein Element von anderen Elementen unterscheiden, und das Wesen, die Reihenfolge oder Abfolge von entsprechenden Elementen ist durch diese Begriffe nicht beschränkt. Es ist zu beachten, dass, wenn in der vorliegenden Offenbarung beschrieben ist, dass eine Komponente mit einer anderen Komponente „verbunden“, „verkuppelt“ oder „zusammengefügt“ ist, das Erstere direkt mit dem Letzteren „verbunden“, „verkuppelt“ oder „zusammengefügt“ sein kann oder mit dem Letzteren über eine andere Komponente „verbunden“, „verkuppelt“ oder „zusammengefügt“ sein kann.
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Im Allgemeinen ist ein Turboverdichter ein Beispiel eines Kreiselverdichters und verdichtet Gas basierend auf einer Zentrifugalkraft, die durch Drehen eines Laufrads in einer Ummantelung erzeugt wird.
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Der Turboverdichter saugt Gas in einer axialen Richtung unter Nutzung einer Drehkraft des Laufrads an und lässt das Gas dann in einer Zentrifugalrichtung ab, um dadurch einen Verdichtungsvorgang auszuführen. Es wurde ein Turboverdichter mit Zwei-Stufen-Verdichtung als ein Beispiel des Turboverdichters benutzt.
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Eine Anzahl von Stufen des Turboverdichters kann basierend auf einer Anzahl von Laufrädern bestimmt werden, und der Turboverdichter kann in einen Rücken-an-Rücken-Turboverdichter oder einen Vorderseite-an-Vorderseite-Turboverdichter gemäß Anordnung von Laufrädern eingeteilt werden.
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Beim Rücken-an-Rücken-Turboverdichter sind Rückflächen der Laufräder einander zugekehrt. Beim Vorderseite-an-Vorderseite-Turboverdichter sind Ansaugenden der Laufräder einander zugekehrt.
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Der Turboverdichter gemäß einer unten beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein zweistufiger Rücken-an-Rücken-Turboverdichter, der zwei Laufräder mit Rückflächen, welche einander zugekehrt sind, enthält.
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5 zeigt eine Drehwelle eines Turboverdichters gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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6 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Kupplungsabschnitt zwischen einer Drehwelle eines Turboverdichters und einer Axiallagerschiene gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Ein Faktor von höchster Bedeutung für Miniaturisierung des Turboverdichters ist ein erster Biegemodus der Drehwelle. Die Drehwelle dreht mit hoher Geschwindigkeit und wird unter Hochdruckbedingungen betrieben, und wenn die Drehwelle im ersten Biegemodus innerhalb eines Betriebsgeschwindigkeitsbereichs ist, könnte Betriebszuverlässigkeit nicht erzielt werden.
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Damit die Drehwelle für Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeignet ist, weist die Drehwelle vorzugsweise eine kurze Länge und einen größeren Durchmesser auf, um Starrheit der Welle zu erzielen. Es besteht jedoch dahingehend eine Einschränkung, dass eine Schwierigkeit beim Erhöhen eines Durchmessers der Welle vorliegt, da eine DN-Zahl, die ein Gestaltungsgrenzwert des Lagers ist, bezüglich des Durchmessers der Welle berücksichtigt werden muss.
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Die vorliegende Erfindung sieht eine Struktur des Turboverdichters zum Erzielen der Kraft zum Kuppeln von zwei Laufrädern und der Axiallagerschiene an die Drehwelle vor.
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Unter Bezugnahme auf 5 und 6 enthält der Turboverdichter gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Drehwelle 100, die einen Rotor 105 enthält, und eine Axiallagerschiene 120, die an einer Seite der Drehwelle angeordnet ist, ein erstes Laufrad 140, das außerhalb der Axiallagerschiene 120 angeordnet ist, eine Verbindungsstange 160 zum Kuppeln des ersten Laufrads 140 und der Axiallagerschiene 120 an die Drehwelle durch Anwenden von Vorbelastung auf die Verbindungsstange, und ein zweites Laufrad 180, das an die andere Seite der Drehwelle 100 gekuppelt ist.
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Das zweite Laufrad 180 weist vorzugsweise einen Außendurchmesser auf, der verhältnismäßig kleiner als jener des ersten Laufrads 140 ist.
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Anders gesagt ist die Axiallagerschiene 120 vorzugsweise eng am Laufrad mit dem verhältnismäßig großen Durchmesser angeordnet.
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Wenn der Durchmesser des Laufrads zunimmt, nimmt Axiallast, die auf die Rückfläche des Laufrads ausgeübt ist, zu. Die Axiallagerschiene 120 ist an der Rückfläche des Laufrads mit dem verhältnismäßig großen Durchmesser angeordnet, um die Drehung des Laufrads wirksam zu stützen.
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Zudem steht der Rotor 105 vorzugsweise von anderen Abschnitten der Drehwelle 110 vor.
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Der Rotor 105 enthält einen Permanentmagneten und führt die Hochgeschwindigkeitsdrehung leicht aus, wenn eine Größe des Permanentmagneten erhöht ist.
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Daher ist ein Außendurchmesser des Rotors 105 zum Erhalten einer Drehkraft eines Antriebsmotors erhöht.
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Wie oben beschrieben weist, wenn der Durchmesser der Drehwelle erhöht ist, die Drehwelle einen Nachteil hinsichtlich der DN-Zahl auf, die eine Begrenzung eines Achslagers ist, das die Drehwelle stützt.
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Die DN-Grenzzahl wird als ein Produkt eines Durchmessers der Drehwelle und einer Anzahl von Drehungen davon berechnet. Wenn der Durchmesser der Drehwelle erhöht wird, wird die DN-Zahl erhöht.
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Dementsprechend weisen gemäß der vorliegenden Offenbarung beide Seitenabschnitte der Drehwelle 100 Durchmesser auf, die jeweils kleiner als der Durchmesser des Rotors 105 sind, wodurch Stabilität bei Hochgeschwindigkeitsdrehung verbessert ist.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung verkuppelt der Turboverdichter die Axiallagerschiene 120 und das erste Laufrad 140 unter Benutzung der Verbindungsstange 160 in einem Zustand, in dem Vorbelastung angewandt ist, wodurch die Kupplungskraft zwischen der Axiallagerschiene 120 und dem ersten Laufrad 140 erzielt ist.
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Wenn der Turboverdichter dreht, nimmt das erste Laufrad 140 eine Last in einer Linksrichtung in der Zeichnung basierend auf einer Druckdifferenz auf, die durch die Drehung erzeugt wird.
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Zum Ausgleichen der Last wird die Vorbelastung auf die Verbindungsstange 160 angewendet, um das erste Laufrad 140 und die Axiallagerschiene 120 an die Drehwelle zu kuppeln.
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Die Drehwelle 100 enthält eine Hohlkehle 102 zum Kuppeln der Verbindungsstange 160 an die Drehwelle 100 durch Anwenden der Vorbelastung auf die Verbindungsstange 160, und die Hohlkehle 102 weist einen Innendurchmesser auf, der größer als ein Außendurchmesser der Verbindungsstange 160 ist.
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Die Verbindungsstange 160 weist ein Ende durch die Hohlkehle 102 gekuppelt und das andere Ende an eine Befestigungsmutter 162 gekuppelt auf.
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Anders gesagt wird, wenn die Befestigungsmutter 162 angezogen wird, während die Axiallagerschiene 120 und das Laufrad 140 zwischen ein linkes Ende der Drehwelle und die Befestigungsmutter 612 eingesetzt werden, die Verbindungsstange 160 gespannt und das Laufrad 140 und die Axiallagerschiene 120 zusammengedrückt und verkuppelt.
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Eine Größenordnung der Vorbelastung, die auf die Verbindungsstange 160 angewandt wird, kann durch Anpassen eines Grads des Anziehens der Befestigungsmutter 162 eingestellt werden.
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Die Hohlkehle 102 ist zum Ermöglichen, dass die Verbindungsstange 160 im gespannten Zustand ist, wenn die Verbindungsstange 160 angekuppelt wird, definiert und weist vorzugsweise einen Innendurchmesser auf, der größer als der Außendurchmesser der Verbindungsstange 160 ist.
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Wenn eine Reibungskraft zwischen der Verbindungsstange 160 und der Hohlkehle 102 auftritt, wird ein Anteil der Vorbelastung, die auf die Verbindungsstange 160 angewandt ist, durch die Reibungskraft zwischen einer Innenwand der Hohlkehle 102 aufgehoben. In diesem Fall könnte die Vorbelastung, die auf die Verbindungsstange 160 angewandt ist, nicht als Befestigungskraft wirken.
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Eine Laufradhülse 150 kann zwischen dem ersten Laufrad 140 und der Axiallagerschiene 120 zum Erzielen von Abdichtungsleistung des ersten Laufrads 140 angeordnet sein.
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Die Laufradhülse 150 kann eine konkav-konvexe Form zum Verhindern von Fluidaustritt zwischen dem ersten Laufrad 140 und dem Laufradgehäuse (nicht gezeigt) aufweisen. Beispielsweise kann die Laufradhülse 150 aus einer Labyrinthdichtung hergestellt sein.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Laufradhülse 150 zwischen dem ersten Laufrad 140 und der Axiallagerschiene 120 zum Vorsehen einer Kupplungskraft zum Verkuppeln des ersten Laufrads 140 und der Axiallagerschiene 120 angeordnet.
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Wie gezeigt sind die Enden der Axiallagerschiene 120 und des ersten Laufrads 140 in den Innendurchmesser der Laufradhülse 150 eingesetzt, und die Laufradhülse 150 umgibt einen Außenumfang eines Verbindungsabschnitts zwischen dem ersten Laufrad 140 und der Axiallagerschiene 120 und verkuppelt das erste Laufrad und die Axiallagerschiene 120.
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Für diese Verkupplung ist ein Kupplungsschaftabschnitt 142 vorzugsweise innerhalb des ersten Laufrads 140 angeordnet, und der Kupplungsschaftabschnitt 124 ist vorzugsweise außerhalb der Axiallagerschiene 120 angeordnet. Der Kupplungsschaftabschnitt 142 und der Kupplungsschaftabschnitt 145 sind in die Laufradhülse 150 eingesetzt.
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In diesem Fall ist ein Außendurchmesser von jedem der Kupplungsschäfte 142, 124 größer als der Innendurchmesser der Laufradhülse 150. Wenn die Kupplungsschaftabschnitte 142, 124 zwangsläufig an die Laufradhülse 150 gekuppelt sind, kann die Laufradhülse 150 die Kupplungskraft zum Verkuppeln des ersten Laufrads 140 und der Axiallagerschiene 120 vorsehen.
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In diesem Fall ist eine Summe von Längen der Kupplungsschaftabschnitte 142 und 124 vorzugsweise kleiner als eine Länge der Laufradhülse 150, sodass die Vorbelastung auf das erste Laufrad 140 und die Axiallagerschiene 120 durch Anziehen der Befestigungsmutter 162, die an die Verbindungsstange 160 gekuppelt ist, angewandt wird, und dadurch wird die Laufradhülse 150 zusammengedrückt und zwischen das erste Laufrad 140 und die Axiallagerschiene 120 gekuppelt.
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Wenn die Summe der Längen der Kupplungsschaftabschnitte 142 und 124 gleich jener oder größer als jene der Laufradhülse 150 ist, berühren die Kupplungsschaftabschnitte 142 und 124 einander, um das Zusammendrücken des ersten Laufrads 140 und der Axiallagerschiene 120 durch die Laufradhülse 150 zu verhindern.
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Zudem kann die Axiallagerschiene 120, die zwischen das erste Laufrad 140 und die Drehwelle 100 gekuppelt ist, außerdem durch unbewegliche Passung an die Drehwelle 100 gekuppelt sein.
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Wie gezeigt, enthält die Drehwelle 100 eine Kupplungsnut 104 an einem Ende der Hohlkehle 102, weist die Kupplungsnut 104 einen Innendurchmesser auf, der größer als der Innendurchmesser der Hohlkehle 102 ist, und enthält die Axiallagerschiene 120 einen Kupplungsschaft 122. Der Kupplungsschaft 122 kann durch die unbewegliche Passung an die Kupplungsnut 104 gekuppelt sein.
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Ein Außendurchmesser des Kupplungsschafts 122 ist größer als der Innendurchmesser der Kupplungsnut 104, um den Kupplungsschaft 122 der Axiallagerschiene 120 zwangsläufig an die Kupplungsnut 104 zu kuppeln.
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Daher kann ein Kontaktbereich zwischen der Drehwelle 100 und der Axiallagerschiene 120, die zwischen dem ersten Laufrad 140 und der Drehwelle 100 angeordnet ist, erzielt sein, um die Kupplungskraft zwischen der Axiallagerschiene 120 und der Drehwelle vorzusehen.
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Die Axiallagerschiene 120, die in die Kupplungsnut 104 eingesetzt ist, ist vorzugsweise kürzer als eine Tiefe der Kupplungsnut 104, sodass eine Presskraft zwischen der Axiallagerschiene 120 und dem linken Ende der Drehwelle 100 durch die Vorbelastung, die auf die Verbindungsstange 160 angewandt wird, ausgeübt ist.
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7 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Kupplungsabschnitt zwischen einer Drehwelle und einem zweiten Laufrad eines Turboverdichters gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 7 weist ein zweites Laufrad 180 einen Durchmesser auf, der verhältnismäßig kleiner als jener des ersten Laufrads 140 ist, und ist vorzugsweise an eine Drehwelle mit mehreren Stufen zum Vorsehen einer Kupplungskraft zum Verkuppeln des zweiten Laufrads 180 und der Drehwelle 100 gekuppelt.
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Das zweite Laufrad 180 kann unter Benutzung eines Befestigungsbolzens 164 direkt an die Drehwelle gekuppelt sein.
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Das Ende der Drehwelle, das an das zweite Laufrad 180 gekuppelt ist, weist vorzugsweise eine mehrstufige Struktur auf, bei der ein Durchmesser bei zwei Stufen reduziert ist.
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Im Folgenden wird ein Abschnitt mit einem größten Durchmesser der Drehwelle als ein Abschnitt 100-1 mit großem Durchmesser bezeichnet, ein Abschnitt mit einem kleinsten Durchmesser der Drehwelle als ein Abschnitt 100-3 mit kleinem Durchmesser bezeichnet, und ein Abschnitt mit einem Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser des Abschnitts 100-1 mit großem Durchmesser und größer als der Durchmesser des Abschnitts 100-3 mit kleinem Durchmesser ist, als ein Abschnitt 100-2 mit mittlerem Durchmesser bezeichnet.
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Das zweite Laufrad 180 ist an den Abschnitt 100-2 mit mittlerem Durchmesser und den Abschnitt 100-3 mit kleinem Durchmesser gekuppelt.
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Das zweite Laufrad 180 enthält eine Basisplatte 182 und ein Laufradblatt 184, das auf der Basisplatte 182 angeordnet ist.
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Ein Drehwellenbefestigungsloch des zweiten Laufrads 180 weist einen Innendurchmesser auf, der dem Abschnitt 100-2 mit mittlerem Durchmesser an der Basisplatte 182 entspricht, und weist einen Innendurchmesser auf, der dem Abschnitt 100-3 mit kleinem Durchmesser am Laufradblatt 184 entspricht.
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Diese Struktur weist eine Wirkung des Vergrößerns des Wirkbereichs des Laufradblatts 184 durch Reduzieren des Innendurchmessers des Laufradblatts 184 auf.
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Zudem kann eine stärkere Kupplungskraft zum Verkuppeln der Drehwelle 100 und des zweiten Laufrads 180 eingestellt werden.
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Wenn das zweite Laufrad 180 an die Drehwelle 100 in mehreren Stufen gekuppelt ist, berührt eine radiale Oberfläche der Drehwelle das zweite Laufrad 180, und der Kontaktbereich davon wird vergrößert.
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Dementsprechend kann die Kupplungskraft zum Verkuppeln des zweiten Laufrads 180 und der Drehwelle 100 erhöht sein.
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Eine Innenfläche des zweiten Laufrads 180 ist durch eine erste abgestufte Oberfläche 103 zwischen dem Abschnitt 100-1 mit großem Durchmesser und dem Abschnitt 100-2 mit mittlerem Durchmesser der Drehwelle 100 gestützt, und eine abgestufte Oberfläche innerhalb der Basisplatte 182 des zweiten Laufrads 180 ist durch eine zweite abgestufte Oberfläche 105 zwischen dem Abschnitt 100-2 mit mittlerem Durchmesser und dem Abschnitt 100-3 mit kleinem Durchmesser der Drehwelle 100 gestützt.
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Diese Struktur ermöglicht, dass der Kupplungskontakt, auf den die Reibungskraft einwirkt, ausgedehnt wird, wenn das zweite Laufrad 180 durch unbewegliche Passung oder Schrumpfpassung an die Drehwelle 100 gekuppelt ist.
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Zudem wird, wenn der Befestigungsbolzen 164 verkuppelt wird, das zweite Laufrad 180 zwischen der ersten abgestuften Oberfläche 103 der Drehwelle und dem Befestigungsbolzen 164 zusammengedrückt, und der Abschnitt 100-2 mit mittlerem Durchmesser und der Abschnitt 100-3 mit kleinem Durchmesser der Drehwelle 100 werden gespannt.
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Die Vorbelastung, die auf das zweite Laufrad 180, das am Abschnitt 100-2 mit mittlerem Durchmesser und am Abschnitt 100-3 mit kleinem Durchmesser der Drehwelle 100 angeordnet ist, angewandt ist, kann durch Steuern der Befestigungskraft des Befestigungsbolzens 164 gesteuert werden.
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In dieser Struktur sind das erste Laufrad 140 und das zweite Laufrad 180, die die größte Kraft aufnehmen, in einer Vorwärts- und Rückwärtsrichtung symmetrisch zueinander und werden in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gleich verformt.
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Wenn die Verformung zu einer Seite tendiert, kann die Zuverlässigkeit des Turboverdichters aufgrund der Verformung während Hochgeschwindigkeitsbetriebs verschlechtert sein.
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Die Verbindungsstange 160 kann in einem Zustand an die Drehwelle 100 gekuppelt werden, in dem die Spannungslast auf die Verbindungsstange 160 basierend auf der Kraft des Anziehens der Befestigungsmutter 162 ausgeübt wird.
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Anders gesagt kann die Verbindungsstange 160 in dem Zustand verkuppelt werden, in dem die Vorbelastung auf die Verbindungsstange 160 angewandt ist. Daher absorbiert, selbst wenn die Verformung der Verbindungsstange 160 aufgrund der Wärmeausdehnung auftritt und die Zugkraft reduziert wird, die Vorbelastung, die auf die Verbindungsstange 160 angewandt ist, die Verformung aufgrund der Wärmeausdehnung, wodurch zuverlässiges Kuppeln der Verbindungsstange 160 ermöglicht ist.
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Um die Größe des Turboverdichters zu verringern und die Hochgeschwindigkeitsdrehung auszuführen, werden das erste Laufrad und die Axiallagerschiene unter Benutzung der Verbindungsstange in dem Zustand verkuppelt, in dem die Vorbelastung angewandt wird, und das zweite Laufrad wird an die Drehwelle durch Anwenden der Vorbelastung auf den Abschnitt mit kleinem Durchmesser der mehrstufigen Drehwelle angekoppelt. Daher weist die vorliegende Offenbarung eine Wirkung des Erzielens der Kupplungskraft zwischen den drehenden Komponenten des Turboverdichters auf, die mit der hohen Geschwindigkeit drehen.
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Ein Ergebnis eines Versuchs zum Drehen der Drehwelle mit einer Länge von 177 mm und einem Außendurchmesser von 125 mm auf 200.000 U/min ist wie folgt.
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Eine erste Biegefrequenz betrug 2.250,5 Hz, und die DN-Zahl war 2.500.000 mm x U/min. Es hat sich herausgestellt, dass die erste Biegefrequenz innerhalb eines Bereichs der Betriebsgeschwindigkeit lag, und daher war der Turboverdichter, der in 2 gezeigt ist, für Hochgeschwindigkeitsbetrieb nicht geeignet.
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Ein Ergebnis eines Versuchs, bei dem die Drehwelle, die in 5 gezeigt ist und eine Länge von 135,5 mm und einen Außendurchmesser von 14,5 mm aufweist, des Turboverdichters von 5 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf 200.000 U/min gedreht wurde, ist wie folgt.
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Eine erste Biegefrequenz betrug 5.1362,2 Hz und die DN-Zahl war 2.900.000 mm x U/min. Es hat sich herausgestellt, dass die erste Biegefrequenz außerhalb eines Betriebsgeschwindigkeitsbereichs lag, und daher ist die Drehwelle für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeignet.
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8 ist ein Schaubild, das Verformung von SUS 304-Material bezüglich Beanspruchung zeigt. 9 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen Verformung und einer Kupplungskraft einer Verbindungsstange zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 8 und 9 ist die Verbindungsstange beispielsweise aus SUS 304-Material hergestellt. Gemäß dem Schaubild, das die Verformung des SUS 304-Materials bezüglich der Beanspruchung zeigt, ist ersichtlich, dass, wenn ein Sicherheitsfaktor 3 ist, die Verformung weniger als 25 µm betragen kann.
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Zudem kann, wenn die Verformung der Verbindungsstange in einem Bereich von 7 bis 25 µm eingestellt ist, Vorbelastung der Drehwelle auf 500 bis 1800 N eingestellt werden.
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10 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Struktur eines Turboverdichters gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 10 enthält ein Turboverdichter 201 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Antriebsmotor 210, der eine Drehwelle 212 enthält, ein Laufrad 230, das an die Drehwelle gekuppelt ist, eine Axiallagerschiene 250 zum Tragen von Last in einer axialen Richtung der Drehwelle, und Ummantelungen 220, 240 und 260 zum Unterbringen des Antriebsmotors 210, des Laufrads 230 und der Axiallagerschiene 250.
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Die Ummantelung kann die Motorummantelung 220 zum Unterbringen des Antriebsmotors 210, die Laufradummantelung 240 zum Unterbringen des Laufrads 230 und die Lagerummantelung 260 zum Unterbringen der Axiallagerschiene 250 beinhalten.
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Ein Stator des Antriebsmotors 210 ist innerhalb der Motorummantelung 220 angeordnet.
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Die Laufradummantelung 240 bildet zusammen mit dem Laufrad 230 einen Verdichter. Ein Einlassströmungsweg 310 zum Führen von Zuströmung von Verdichtungsfluid und ein Ablassströmungsweg 320 zum Führen des Fluids, das nach dem Verdichten durch den Verdichter abgelassen wird, sind jeweils mit dem Verdichter verbunden.
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Zudem kann der Turboverdichter einen Kühlströmungsweg 350 enthalten, der vom Ablassströmungsweg 320 abzweigt und mit der Lagerummantelung 260 verbunden ist.
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Ein Anteil des Fluids, das durch den Ablassströmungsweg 320 des Turboverdichters 201 abgelassen wird, wird einer Innenseite der Lagerummantelung 260 zum Unterbringen der Axiallagerschiene 250 zum Kühlen von Wärme zugeführt, die an der Axiallagerschiene 250 erzeugt wird.
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Der Turboverdichter 201 enthält einen Antriebsmotor 210, eine Motorummantelung 220, ein Laufrad 230, das an die Drehwelle 212 gekuppelt ist, eine Laufradummantelung 240, eine Axiallagerschiene 250, die an die Drehwelle 212 gekuppelt ist, eine Lagerummantelung 260 zum Unterbringen der Axiallagerschiene 250, einen Zuströmungsweg 310 zum Führen von Fluid zu einem Einlass der Lagerummantelung 240, einen Ablassströmungsweg 320 zum Führen des Fluids, das aus einem Ablassauslass der Laufradummantelung 240 abgelassen wird, und einen Kühlströmungsweg 350 zum Verbinden des Ablassströmungswegs 320 und der Lagerummantelung 260 zum Zuführen des Fluids zur Innenseite der Lagerummantelung 260.
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Diese Struktur kann den Turboverdichter unter Benutzung des Verdichtungsfluids kühlen, ohne zusätzliches Kühlmittel zum Kühlen des Turboverdichters zu benutzen, wodurch der Kühlring der Struktur des Stands der Technik oder der Einlass und der Ablassauslass des Kühlmittels, die mit dem Kühlring verbunden sind, beseitigt sind.
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Insbesondere umgibt der Kühlring eine Außenumfangsfläche des Antriebsmotors und kann zum Verringern einer Größe des Turboverdichters beseitigt werden.
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Zudem wird der Anteil des Fluids, der durch den Ablassströmungsweg 320 abgelassen wird, der Innenseite der Lagerummantelung 260 zum Kühlen der Axiallagerschiene 250 zugeführt.
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In diesem Fall kann ein Durchflussratensteuermittel am Kühlströmungsweg 350 angeordnet sein, um eine Durchflussrate des Fluids zu anzupassen, das durch den Kühlströmungsweg 350 in die Lagerummantelung 260 zugeführt wird.
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Die Durchflussratensteuerung des Fluids, das durch den Kühlströmungsweg 350 zugeführt wird, kann durch Anpassen eines Querschnittsbereichs des Kühlströmungswegs 350 ausgeführt werden. Anders gesagt kann die Durchflussrate des Fluids, das durch den Kühlströmungsweg 350 strömt, durch Vorsehen einer Öffnung oder einer Kapillarröhre in einem Abschnitt des Kühlströmungswegs 350 angepasst werden.
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Der Turboverdichter 201 leitet den Anteil des Fluids, das durch den Ablassströmungsweg 320 abgelassen wird, in die Lagerummantelung 260.
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Wenn ein übermäßiger Betrag der Durchflussrate des Fluids durch den Kühlströmungsweg 350 des Turboverdichters 201 zugeführt wird, wird die Leistungsfähigkeit des Verdichters verschlechtert.
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Aus diesem Grund kann die Durchflussrate des Fluids, das der Lagerummantelung 260 durch den Kühlströmungsweg 350 zugeführt wird, zweckdienlich angepasst werden.
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Zudem kann der Turboverdichter ein Rückschlagventil (nicht gezeigt) enthalten, das am Kühlströmungsweg 350 zum Verhindern von Rückströmung von Fluid angeordnet ist.
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11 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Struktur eines Turboverdichters gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 11 enthält ein Turboverdichter 202 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Antriebsmotor 210, eine Motorummantelung 220, ein Laufrad 230, eine Laufradummantelung 240, eine Axiallagerschiene 250, eine Lagerummantelung 260, einen Einlassströmungsweg 310, einen Ablassströmungsweg 320 und einen Kühlströmungsweg 350, ähnlich der zweiten Ausführungsform.
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Zudem enthält der Turboverdichter 202 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ferner eine Widergewinnungskammer 270 zum Aufnehmen von Fluid, das einer Innenseite der Lagerummantelung 260 durch den Kühlströmungsweg 350 zugeführt wird, und einen Widergewinnungsströmungsweg 280 zum Rückführen des Fluids, das in der Wiedergewinnungskammer 270 aufgenommen wird, zum Verdichter.
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Die Wiedergewinnungskammer 270 fungiert zum Vorsehen eines Raums zum vorübergehenden Speichern des Fluids, das der Innenseite der Lagerummantelung 260 durch den Kühlströmungsweg 350 zugeführt wird, und zum beständigen Zuführen des Fluids zur Lagerummantelung 260.
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Das Fluid strömt basierend auf einer Druckdifferenz. Eine Geschwindigkeit und die Durchflussrate des Fluids, das die Lagerummantelung 260 durchläuft, kann basierend auf der Druckdifferenz zwischen dem Kühlströmungsweg 350 und der Wiedergewinnungskammer 270 eingestellt werden.
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Zudem enthält der Turboverdichter 202 ferner die Wiedergewinnungskammer 270 und den Wiedergewinnungsströmungsweg 280.
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Der Turboverdichter 202 gewinnt das Fluid, das zum Kühlen der Axiallagerschiene 250 benutzt wird, durch die Wiedergewinnungskammer 270 wieder und führt das Fluid dem Zuströmungsweg 310 durch den Wiedergewinnungsströmungsweg 280 zu, wodurch Fluidaustritt verhindert ist.
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Das Fluid, das durch den Ablassströmungsweg 320 zugeführt wird, steht unter hohem Druck, wobei der Druck jedoch gesenkt wird, wenn das Fluid die Innenseite der Lagerummantelung 260 und die Widergewinnungskammer 270 durchläuft.
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In diesem Fall wird das Fluid mit dem verringerten Druck zum Einlassströmungsweg 310 hin durch den Wiedergewinnungsströmungsweg 280 wiedergewonnen, und das wiedergewonnene Fluid kann durch das Laufrad 230 erneut verdichtet werden.
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Obgleich nicht gezeigt, kann der Turboverdichter 202 gemäß der vorliegenden Offenbarung ferner ein Durchflussratensteuerventil am Widergewinnungsströmungsweg 280 enthalten.
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Die Strömungsgeschwindigkeit und die Durchflussrate des Fluids, das der Innenseite der Lagerummantelung 260 zugeführt wird, können unter Benutzung des Durchflussratensteuerventils angepasst werden, das am Wiedergewinnungsströmungsweg 280 angeordnet ist.
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12 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Struktur eines Turboverdichters gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 12 enthält ein Turboverdichter 203 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Antriebsmotor 210, der eine Drehwelle 212 enthält, eine Motorummantelung 220 zum Unterbringen des Antriebsmotors 210, ein Laufrad 230, das an eine Seite der Drehwelle 212 gekuppelt ist, eine Laufradummantelung 240 zum Unterbringen des Laufrads 230, eine Axiallagerschiene 250, die an die andere Seite der Drehwelle gekuppelt ist, eine Lagerummantelung 260 zum Unterbringen der Axiallagerschiene 250, einen Zuströmungsweg 310 zum Führen von Fluid zu einem Einlass der Laufradummantelung 240, einen Ablassströmungsweg 320 zum Führen von Fluid, das aus einem Ablassauslass der Laufradummantelung 240 abgelassen wird, einen Kühlströmungsweg 350 zum Verbinden des Ablassströmungswegs 320 und der Lagerummantelung 260 zum Zuführen des Fluids zu einer Innenseite der Lagerummantelung 260, eine Wiedergewinnungskammer 270 zum Aufnehmen des Fluids, das der Lagerummantelung 260 zugeführt wird, einen Wiedergewinnungsströmungsweg 280 zum Führen des Fluids, das in der Wiedergewinnungskammer 270 aufgenommen wird, zum Einlassströmungsweg 310 und ein Durchflussratensteuerventil 352, das im Kühlströmungsweg 350 zum Anpassen einer Durchflussrate des Fluids enthalten ist, das durch den Kühlströmungsweg strömt.
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Der Turboverdichter 203 enthält ferner das Durchflussratensteuerventil 352 zum Anpassen der Durchflussrate des Fluids, das durch den Kühlströmungsweg 350 strömt, und zum Anpassen der Durchflussrate von Fluid, das einem Lager zugeführt wird.
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Beispielsweise wird im Fall von Betrieb auf niedriger Geschwindigkeit, bei dem Kühlung der Axiallagerschiene nicht erforderlich ist, das Durchflussratensteuerventil 352 geschlossen, um Verschlechterung der Verdichtungseffizienz zu verhindern, und im Fall von Hochgeschwindigkeitsbetrieb wird das Durchflussratensteuerventil 352 geöffnet, um das Fluid in die Lagerummantelung 260 durch den Kühlströmungsweg 350 zuzuführen.
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Eine Öffnungsrate des Durchflussratensteuerventils 352 kann basierend auf einer Temperatur innerhalb der Lagerummantelung oder einer Drehzahl des Antriebsmotors angepasst werden.
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13 ist ein Konfigurationsdiagramm, das einen Turboverdichter gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 13 enthält ein Turboverdichter 204 gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Antriebsmotor 210, der eine Drehwelle 212 enthält, eine Motorummantelung 220 zum Unterbringen des Antriebsmotors 210, ein Laufrad 230, das an eine Seite der Drehwelle 212 gekuppelt ist, eine Laufradummantelung 240 zum Unterbringen des Laufrads 230, eine Axiallagerschiene 250, die an die andere Seite der Drehwelle gekuppelt ist, eine Lagerummantelung 260 zum Unterbringen der Axiallagerschiene 250, einen Einlassströmungsweg 310 zum Führen eines Fluids zu einem Einlass der Laufradummantelung 240, einen Ablassströmungsweg 320 zum Führen des Fluids, das aus einem Auslass der Laufradummantelung 240 abgelassen wird, einen Kühlströmungsweg 350 zum Verbinden des Ablassströmungswegs 320 und der Lagerummantelung 260 zum Zuführen von Fluid in die Lagerummantelung 260, eine Wiedergewinnungskammer 270 zum Aufnehmen des Fluids, das der Lagerummantelung 260 zugeführt wird, einen Wiedergewinnungsströmungsweg 280 zum Führen des Fluids, das in der Wiedergewinnungskammer 270 aufgenommen ist, zum Einlassströmungsweg 310, ein Durchflussratensteuerventil 352, das am Kühlströmungsweg 350 zum Steuern einer Durchflussrate des Fluids, das durch den Kühlströmungsweg strömt, angeordnet ist, einen Drucksensor 354, der stromabwärts vom Durchflussratensteuerventil und zum Erkennen von Druck von Fluid, das das Durchflussratensteuerventil durchläuft, angeordnet ist, und eine Steuerung 356 zum Empfangen von Information über Druck, der durch den Drucksensor 354 erkannt wird, und zum Anpassen einer Öffnungsrate des Strömungssteuerventils 352.
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Der Turboverdichter 204 enthält den Drucksensor 354 auf der stromabwärtigen Seite des Durchflussratensteuerventils 352 zum Messen eines Ist-Drucks des Fluids, das durch den Kühlströmungsweg 350 zugeführt wird, und genauen Steuern der Durchflussrate des Fluids, das der Lagerummantelung 260 zugeführt wird.
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14 ist ein Konfigurationsdiagramm, das einen Turboverdichter gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 14 enthält ein Turboverdichter 205 gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Antriebsmotor 210, der eine Drehwelle 212 enthält, eine Motorummantelung 220 zum Unterbringen des Antriebsmotors 210, en Laufrad 230, das an eine Seite der Drehwelle 212 gekuppelt ist, eine Laufradummantelung 240 zum Unterbringen des Laufrads 230, eine Axiallagerschiene 250, die an die andere Seite der drehwelle 212 gekuppelt ist, eine Lagerummantelung 260 zum Unterbringen der Axiallagerschiene 250, einen Einlassströmungsweg 310 zum Führen von Fluid zu einem Einlass der Laufradummantelung 240, einen Ablassströmungsweg 320 zum Führen von Fluid, das aus einem Ablassauslass der Laufradummantelung 240 abgelassen wird, einen Kühlströmungsweg 350 zum Verbinden des Ablassströmungswegs 320 und der Lagerummantelung 260 zum Zuführen von Fluid in die Lagerummantelung 260, eine Wiedergewinnungskammer 270 zum Aufnehmen des Fluids, das der Lagerummantelung 260 zugeführt wird, einen Wiedergewinnungsströmungsweg 280 zum Führen des Fluids, das in der Wiedergewinnungskammer 270 aufgenommen wird, zum Einlassströmungsweg 310, und einen Wärmetauscher 360, der am Kühlströmungsweg 350 und im Einlassströmungsweg 310 angeordnet ist.
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Fluid mit verhältnismäßig hoher Temperatur, das durch den Kühlströmungsweg 350 zugeführt wird, kann zum Wärmetausch mit Fluid mit verhältnismäßig niedriger Temperatur veranlasst werden, das durch den Einlassströmungsweg 310 durch den Wärmetauscher 360 eingeleitet wird, wodurch eine Temperatur des Fluids, das durch den Kühlströmungsweg 350 zugeführt wird, gesenkt wird.
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Der Wärmetauscher 360 ist vorzugsweise derart angeordnet, dass er die Strömung des Ansaugfluids nicht negativ beeinflusst.
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Beispielsweise ist im Falle eines Stiftrohrwärmetauschers der Stift vorzugsweise parallel zu einer Strömungsrichtung des Ansaugfluids angeordnet.
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Das Fluid, das durch den Kühlströmungsweg 350 zugeführt wird, kühlt die Innenseite der Lagerummantelung 260, und die Kühlwirkung wird erhöht, während die Fluidtemperatur abnimmt.
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Wenn die Kühlwirkung verbessert ist, kann die erwünschte Kühlwirkung des Lagers mit einer verhältnismäßig geringeren Fluiddurchflussrate erzielt werden.
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Die Struktur weist die Wirkung des Ausschließens einer Erscheinung auf, bei der Kühlung nicht genügend ausgeführt wird, wenn das Fluid, das durch einen Fluidkreislauf zirkuliert, eine verhältnismäßig hohe Temperatur aufweist.
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15 ist ein Konfigurationsdiagramm, das einen Turboverdichter gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 15 enthält ein Turboverdichter 206 gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Antriebsmotor 210, der eine Drehwelle 212 enthält, eine Motorummantelung 220 zum Unterbringen des Antriebsmotors 210, ein Laufrad 230, das an eine Seite der Drehwelle 212 gekuppelt ist und zusammen mit der Drehwelle dreht, eine Laufradummantelung 240 zum Aufnehmen des Laufrads 230, und die einen Diffusor zum Umwandeln einer Strömung von Gas, das durch das Laufrad 230 beschleunigt wird, in Druckenergie enthält, eine Axiallagerschiene 250, die an die andere Seite der Drehwelle 212 gekuppelt ist und zusammen mit der Drehwelle 212 dreht, eine Lagerummantelung 260 zum Unterbringen der Axiallagerschiene 250, einen Einlassströmungsweg 310 zum Führen von Fluid, das in die Laufradummantelung 240 eingeleitet wird, einen Ablassströmungsweg 320 zum Führen von Fluid, das aus der Laufradummantelung 240 abgelassen wird, einen Kühlströmungsweg 350, der mit dem Diffusor der Laufradummantelung verbunden ist und dem Führen des Fluids im Diffusor zur Lagerummantelung dient, eine Wiedergewinnungskammer 270 zum Aufnehmen des Fluids, das aus der Lagerummantelung 260 abgelassen wird, und einen Wiedergewinnungsströmungsweg 280 zum Führen des Fluids, das in der Wiedergewinnungskammer 270 aufgenommen wird, zur Einlassströmung.
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Der Kühlströmungsweg 350 des Turboverdichters 206 ist mit der Laufradummantelung 240 verbunden, nicht mit dem Ablassströmungsweg 320.
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Das Fluid innerhalb der Laufradummantelung 240 weist Druck auf, der verhältnismäßig niedriger als jener des Fluids innerhalb des Ablassströmungswegs 320 ist, wodurch Verdichtungsverlust des Fluids verringert wird, das dem Kühlströmungsweg zugeführt wird.
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Zudem können die Konfigurationen des Durchflussratensteuerventils, des Drucksensors und der Steuerung der oben beschriebenen Ausführungsformen benutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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