DE19819267A1

DE19819267A1 - Strömungsmaschine

Info

Publication number: DE19819267A1
Application number: DE19819267A
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Henning; Dieter Frohn; Carldieter Hollmann; Boris Kossek; Gerd Grabow; Volkmar Weise
Original assignee: Gebr Becker GmbH; Gebr Becker GmbH and Co KG
Current assignee: Gebr Becker GmbH; Gebr Becker GmbH and Co KG
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2018-05-01
Also published as: DE19819267B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine (1) wie Kreiselpumpe, Radialverdichter oder Seitenkanalverdichter, zur Energieübertragung auf ein Arbeitsmedium wie eine Flüssigkeit oder ein Gas mit einem radial außen Schaufeln (7, 8) aufweisenden Laufrad (2), wobei das Laufrad (2) eine zentrale Drehachse aufweist. Um eine vorteilhafte Kühlung der Strömungsmaschine bzw. des Arbeitsmediums zu erreichen ist vorgeschlagen, daß das Laufrad (2) radial innen gekühlt ist und/oder eine Kühlung des Arbeitsmediums durch ein dem Seitenkanal frei durchsetzendes Kühlungsrohr (19) erreicht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine wie eine Kreiselpumpe, einen Radialverdichter oder einen Seiten kanalverdichter, zur Energieübertragung auf ein Arbeits medium wie eine Flüssigkeit oder ein Gas, mit einem radial außen Schaufeln aufweisenden Laufrad.

Derartige Strömungsmaschine sind bereits in verschiede nen Ausgestaltungen bekannt geworden. Hinsichtlich eines Seitenkanalverdichters wird bspw. auf die DE 44 24 629 A1 verwiesen. Die Leistung der Strömungsmaschine bzw. der (mögliche) Verdichtungsgrad der Strömungsma schine ist immer auch abhängig von der durch die Ver dichtung dem Arbeitsmedium aufgeprägten Temperaturerhö hung. Von besonderer Bedeutung ist dies im Fall von Gasen als Arbeitsmedium.

Um hier Abhilfe zu schaffen, ist bereits vorgeschlagen worden, das Arbeitsmedium selbst entsprechend zu kühlen oder die Strömungsmaschine im Bereich der Schaufeln kühlend zu umströmen.

Hiervon ausgehend beschäftigt sich die Erfindung mit der technische Problematik eine vorteilhafte Kühlung der Strömungsmaschine bzw. des Arbeitsmediums anzugeben.

Diese technische Problematik ist gemäß einer ersten Lösung beim Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, daß das Laufrad radial innen gekühlt ist. Erfindungsgemäß wird durch die Kühlung des Laufrades radial innen eine Kühlung der radial außen befindlichen Schaufeln und darüber auch des Arbeitsmedi ums erreicht aufgrund von Wärmeableitung aus dem Be reich radial außen nach radial innen. Das gekühlte Laufrad bildet radial innen eine Wärmesenke, so daß die Wärme durch Wärmeleitung von radial außen nach radial innen abgeleitet wird.

Kombinativ oder alternativ hierzu ist nach dem Gedanken des Anspruches 2 für einen Seitenkanalverdichter vorge schlagen, daß der Seitenkanal durch ein diesen frei durchsetzendes Kühlrohr gekühlt wird. Das Arbeitsmedium umströmt das Kühlrohr, so daß unmittelbar im Wärme tausch zu dem Kühlrohr eine Kühlung des Arbeitsmediums beim Durchfluß des Seitenkanalverdichters erfolgt.

Gemäß einer weiteren alternativ oder kombinativ mögli chen Ausgestaltung ist entsprechend Anspruch 3 vorgese hen, daß im Falle eines Seitenkanalverdichters der Seitenkanal innen durch Rippen oder Nuten oberflächen vergrößert ist. Hierdurch kann eine wesentliche Verbes serung der Kühlung des Arbeitsmediums erreicht werden, wenn zugleich durch außenseitige Umströmung des Seiten kanals eine Wärmeabfuhr sichergestellt ist.

In Ausgestaltung des zunächst beschriebenen Konzeptes, das Laufrad radial innen zu kühlen, ist vorgeschlagen, daß das Laufrad radial innen Speichen aufweist und daß ein Kühlmedium unter Umströmung der Speichen das Lauf rad in Achsrichtung der Drehachse durchsetzt. Das Lauf rad kann radial innen zugleich als Wärmetauscher ausge bildet sein. Die Speichen sind wärmeleitend mit den Schaufeln verbunden. Das Kühlmedium kann auch zugleich ein Laufradlager umströmen. Weiterhin ist vorgesehen, daß eine Wärmeableitungsverbindung zur Drehachse des Laufrades gegeben ist. So ist eine optimale Kühlung des Laufrades und auch des Arbeitsmediums erreichbar. In weiterer Einzelheit kann ein von dem Arbeitsmedium gesondertes Kühlmedium vorgesehen sein. Grundsätzlich kann aber das Kühl- und das Arbeitsmedium von gleicher stofflicher Zusammensetzung sein. Weiter kann vorgese hen sein, daß ein in das Gehäuse des Verdichters inte grierter Kühler für das Kühlmedium vorgesehen ist. Alternativ wird vorgeschlagen, daß ein externer Kühler vorgesehen ist. Die Speichen des Laufrades können als Schaufeln für das Kühlmedium ausgebildet sein. Die inneren Speichen des Laufrades können so ausgeführt werden, daß damit die Umwälzbewegung des Kühlmediums ohne Einbeziehung weiterer Fördereinrichtungen reali siert wird. So wird vorgeschlagen, daß die Schaufeln mit einem Anstellwinkel ausgebildet sind. In einer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Speichen des Laufrades in verschiedenen radialen Abschnitten als Schaufeln mit verschiedenen, insbesondere auch entgegen gesetzten Anstellwinkeln ausgebildet sind. Hierdurch ist die Aufrechterhaltung eines inneren Kühlkreislaufes ermöglicht. Hierbei können die inneren Schaufeln auch entgegengesetzt zu den äußeren Schaufeln des Leitrades arbeiten. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, daß die Schaufeln und/oder die Speichen durch Rippen oder Nutenoberflächen vergrößert sind.

Nachstehend ist die Erfindung des weiteren anhand der beigefügten Zeichnungen, die jedoch lediglich Ausfüh rungsbeispiele darstellen, erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Strömungsma schine in Form eines Seitenkanalverdichters, mit radial innerer Leitschaufelkühlung;

Fig. 2 ein Gegenstand gemäß Fig. 1, wobei ein inter ner Kühler vorgesehen ist;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Seitenkanal verdichters, mit im Seitenkanal angeordnetem Kühlrohr;

Fig. 4 eine Ausführungsform gemäß Fig. 3, wobei die Innenfläche des Seitenkanals gerippt ist; und

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Seitenkanal verdichters, wobei in der Wandung des Seitenka nals Kühlrohre eingezogen sind.

Dargestellt und beschrieben ist, zunächst mit Bezug zu Fig. 1, eine Strömungsmaschine in Form eines Seitenka nalverdichters 1 mit einem Laufrad 2. Das Laufrad 2 arbeitet beidseitig mit je einem Seitenkanal 3 bzw. 4 zusammen. Radial innen ist das Laufrad 2 als Wärmetau scher 5 ausgebildet. Die hier lediglich schematisch wiedergegebene Ausgestaltung bedeutet, daß über geeigne te Tauscherflächen, etwa Speichen des Laufrades 2, ein Kühlmedium 6 geführt wird, welches durch die Kühlung des Laufrades 2 radial innen, im Wege der Wärmeleitung, auch eine Kühlung des Laufrades 2 radial außen, im Bereich von Schaufeln 7, 8 bewirkt.

Das Kühlmedium 6 kann zugleich das Arbeitsmedium der Strömungsmaschine 1 sein.

Das Kühlmedium 6 wird nach Durchsetzen des Laufrades 2 radial innen bzw. nach Durchsetzen des Wärmetauschers 5 durch einen externen Wärmetauscher 9 geleitet. Etwa indem das Kühlmedium 6 über die eine Seite 10 des Wärme tauschers 9 geleitet wird und im Gegenstrom über die Seite 11 des Wärmetauschers 9 mittels eines weiteren Mediums Wärme abgeführt wird. Das Kühlmedium 6 ist im Kreislauf geführt.

Die Ausführungsform der Fig. 2 entspricht der Ausfüh rungsform der Fig. 1 mit folgendem Unterschied: Das Kühlmedium 6 ist nach außen durch Wände 12, 13 gekap selt. Es ist weiter eine Abtrennung des durch die Wände 12, 13 geschaffenen Raumes 14 durch hier nur schema tisch angedeutete Abtrennungen bzw. Leiteinrichtungen 15, 16 realisiert. Das zentral innen angesaugte Kühlme dium 6 wird radial außen, jedoch vor den Bereich der Schaufeln 7, 8 wieder durch das Laufrad 2 zurücktrans portiert. Es durchsetzt also jeweils zweifach das Lauf rad 2.

Ein Rückkühler 17 ist in dem Raum 14 integriert.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 ist in den Seitenka nal 18 ein Kühlrohr 19 integriert. Das Kühlrohr 19 durchsetzt etwa den Wirbelmittenbereich 20 des Seitenka nals 18. Das Kühlrohr 19 ist des weiteren innen von einem Kühlmedium durchströmt. Durch die außenseitige Umströmung des Kühlrohres 19 durch das Arbeitsmedium wird eine Kühlung des Arbeitsmediums erreicht.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4 ist eine Innenwand 21 des Seitenkanals 18 mit Rippen 22 versehen. Hier durch ist eine wesentliche Oberflächenvergrößerung erreicht. In Einzelheit ist das Kühlrohr 20, zur Schaf fung einer möglichst großen Oberfläche, äußerlich ge rippt.

Durch eine außenseitige Umströmung der Seitenkanalwan dung 23 bzw. ggf. ergänzend durch eine Durchsetzung der Wandung 23 durch Kühlrohre 24 gemäß Fig. 5 wird so eine wirksame Wärmeabfuhr im Seitenkanal 18 durchgeführt.

Die Kühlrohre 24 können auch unabhängig von der Verrip pung der Wandung 21 des Seitenkanals 18 bzw. unabhängig von der Durchsetzung des Seitenkanals 18 durch Kühlroh re 19 vorgesehen sein.

Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt lich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims

1. Strömungsmaschine (1) wie Kreiselpumpe, Radialver dichter oder Seitenkanalverdichter, zur Energieübertra gung auf ein Arbeitsmedium wie eine Flüssigkeit oder ein Gas mit einem radial außen Schaufel (7, 8) aufwei senden Laufrad (2), wobei das Laufrad (2) eine zentrale Drehachse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (2) radial innen gekühlt ist.

2. Seitenkanalverdichter mit einem radial außen Schau feln aufweisenden Laufrad, wobei das Laufrad eine zen trale Drehachse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlung des Arbeitsmediums durch ein den Seitenka nal frei durchsetzendes Kühlungsrohr (19) erreicht ist.

3. Seitenkanalverdichter nach Anspruch 1 oder 2 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß der Seitenkanal innen durch Rippen oder Nuten (21, 22) oberflächenvergrößert ist.

4. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 3 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (2) radial innen Spei chen aufweist und daß ein Kühlmedium unter Umströmung der Speichen das Laufrad (2) in Achsrichtung der Dreh achse durchsetzt.

5. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (2) radial innen als Wärmetauscher ausgebildet ist.

6. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen wärmeleitend mit den Schaufeln (7, 8) verbunden sind.

7. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium ein Laufradlager umströmt.

8. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl- oder Arbeitsmedium von gleicher stofflicher Zusammensetzung sind.

9. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem Arbeitsmedium gesonder tes Kühlmedium vorgesehen ist.

10. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß ein in ein Gehäuse des Verdichters integrierter Kühler für das Kühlmedium vorgesehen ist.

11. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß ein externer Kühler vorgesehen ist.

12. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 11 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen des Laufrades als Schaufeln für das Kühlmedium ausgebildet sind.

13. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 12 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln mit einem Anstellwin kel ausgebildet sind.

14. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 13 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen des Laufrades in ver schiedenen radialen Abschnitten als Schaufeln mit ver schiedenen, insbesondere entgegengesetzten Anstellwin keln ausgebildet sind.

15. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 14 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Schaufeln entgegenge setzt zu den äußeren Schaufeln arbeiten.

16. Seitenkanalverdichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 15 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln und/oder die Speichen durch Rippen oder Nuten oberflächenvergrößert sind.