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Die Erfindung betrifft einen Radialverdichter gemäß dem Oberbergriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2009 019 061 A1 ist der grundsätzliche Aufbau eines Radialverdichters mit mehreren Verdichterstufen bekannt. Jede Verdichterstufe weist ein Laufrad mit mehreren in einem Strömungskanal der jeweiligen Verdichterstufe angeordneten, rotorseitigen Laufschaufeln auf, wobei der Strömungskanal der jeweiligen Verdichterstufe von einer Nabenkontur und einer Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur begrenzt ist, und wobei jede Laufschaufel eine Strömungseintrittskante und eine Strömungsaustrittskante aufweist. Nach dem Stand der Technik ist die Nabenkontur des jeweiligen Strömungskanals jeder Verdichterstufe durchgehend konkav und die Gehäusekontur oder die Deckscheibenkontur des jeweiligen Strömungskanals jeder Verdichterstufe durchgehend konvex gekrümmt.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Radialverdichter mit verbessertem Wirkungsgrad zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Radialverdichter nach Anspruch 1 gelöst. Der Radialverdichter wiest im Bereich mindestens einer Verdichterstufe an der Nabenkontur des jeweiligen Strömungskanals zunächst einen Krümmungswechsel von einer ersten konkaven Krümmung in ein konvexe Krümmung und anschließend einen Krümmungswechsel von der konvexen Krümmung in ein zweite konkave Krümmung und/oder an der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur des jeweiligen Strömungskanals zunächst ein Krümmungswechsel von einer ersten konvexen Krümmung in ein konkave Krümmung und anschließend ein Krümmungswechsel von der konkaven Krümmung in ein zweite konvexe Krümmung auf.
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Durch das Vorsehen der konvexen Krümmung und der obigen Krümmungswechsel an der Nabenkontur kann die Laufschaufelbelastung vergleichmäßigt werden. Durch das Vorsehen der konkaven Krümmung und der obigen Krümmungswechsel an der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur kann die Laufschaufelbelastung ebenfalls vergleichmäßigt werden. Die Vergleichmäßigung der Laufschaufelbelastung reduziert die Gefahr einer Strömungsablösung und kann bei gleichbleibendem Arbeitsbereich eine Erhöhung des Wirkungsgrads bereitstellen.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung gelten an der Nabenkontur des jeweiligen Strömungskanals folgenden Verhältnisse: 0,05 < R1-N/D2 < 0,60, 0,05 < R3-N/D2 < 0,80, 0,10 < R2-N/D2 < 5,00. wobei R1-N der nabenseitige, erste konkave Krümmungsradius des jeweiligen Strömungskanals ist, wobei R3-N der nabenseitige, zweite konkave Krümmungsradius des jeweiligen Strömungskanals ist, wobei R2-N der nabenseitige, konvexe Krümmungsradius des jeweiligen Strömungskanals ist, und wobei D2 der Außendurchmesser des jeweiligen Laufrads ist. Diese Auslegungsparameter der Nabenkontur des jeweiligen Strömungskanals sind zur Vergleichmäßigung der Laufschaufelbelastung bevorzugt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung gelten an der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur des jeweiligen Strömungskanals folgende Verhältnisse: 0,03 < R1-D/D2 < 0,11, 0,05 < R3-D/D2 < 0,52, 0,05 < R2-D/D2 < 0,84. wobei R1-D der gehäuseseitige oder deckbandseitige, erste konvexe Krümmungsradius des jeweiligen Strömungskanals ist, wobei R3-D der gehäuseseitige oder deckbandseitige, zweite konvexe Krümmungsradius des jeweiligen Strömungskanals ist, wobei R2-D der gehäuseseitige oder deckbandseitige, konkave Krümmungsradius des jeweiligen Strömungskanals ist, und wobei D2 der Außendurchmesser des jeweiligen Laufrads ist. Diese Auslegungsparameter der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur des jeweiligen Laufrads sind zur Vergleichmäßigung der Laufschaufelbelastung bevorzugt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung liegt an der Nabenkontur des jeweiligen Strömungskanals der Krümmungswechsel von der ersten konkaven Krümmung in die konvexe Krümmung in einem Bereich zwischen 10,0% und 60,0% der Länge der Nabenkontur in Meridonalprojektion, wobei an der Nabenkontur des jeweiligen Strömungskanals der Krümmungswechsel von der konvexen Krümmung in die zweite konkave Krümmung in einem Bereich zwischen 15,0% und 75,0% der Länge der Nabenkontur in Meridonalprojektion liegt.
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An der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur des jeweiligen Strömungskanals liegt der Krümmungswechsel von der ersten konvexen Krümmung in die konkave Krümmung in einem Bereich zwischen 0,0% und 25,0% der Länge der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur in Meridonalprojektion, wobei an der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur des jeweiligen Strömungskanals der Krümmungswechsel von der konkaven Krümmung in die zweite konvexe Krümmung in einem Bereich zwischen 10,0% und 60,0% der Länge der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur in Meridonalprojektion liegt.
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Diese Positionierung der Krümmungswechsel an der Nabenkontur und der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur sind zur Vergleichmäßigung der Laufschaufelbelastung bevorzugt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind im Bereich der jeweiligen Verdichterstufe mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, besonders bevorzugt mindestens vier, höchst bevorzugt alle, der folgenden Verhältnisse gültig: 0,15 < D1/D2 < 0,60, 0,20 < D3/D2 < 0,94, 0,05 < L1/D2 < 0,35, 0,01 < L2/D2 < 0,15, –20° < α < +90°. wobei D1 der Nabendurchmesser des jeweiligen Laufrads, D3 der Saugmunddurchmesser des jeweiligen Laufrads, D2 der Außendurchmesser des jeweiligen Laufrads, L1 die axiale Länge der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur des jeweiligen Strömungskanals, L die axiale Länge der Strömungsaustrittskante der Laufschaufeln des jeweiligen Laufrads und α der Neigungswinkel der Strömungseintrittskante der Laufschaufeln des jeweiligen Laufrads ist. Diese Auslegungsparameter der jeweiligen Verdichterstufe sind zur Vergleichmäßigung der Laufschaufelbelastung bevorzugt.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1: einen Detail eines erfindungsgemäßen Radialverdichters im Meridonalschnitt zur Verdeutlichung von Auslegungsparametern des Radialverdichters; und
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2: das Detail der 2 zur Verdeutlichung weiterer Auslegungsparameter des Radialverdichters.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Radialverdichter mit mindestens einer Verdichterstufe. 1 und 2 zeigen ein Detail eines erfindungsgemäßen Radialverdichters im Bereich einer Verdichterstufe im Meridonalschnitt. Die oder jede Verdichterstufe des erfindungsgemäßen Radialverdichters weist ein Laufrad 10 mit mehreren in einem Strömungskanal 11 der jeweiligen Verdichterstufe angeordneten, rotorseitigen Laufschaufeln 12 auf. Der Strömungskanal 11 der jeweiligen Verdichterstufe ist von einer rotorseitigen Nabenkontur 13 und einer statorseitigen Gehäusekontur 14 oder einer rotorseitigen Deckscheibenkontur 14 begrenzt. Jede Laufschaufel 12 weist eine Strömungseintrittskante 15 und eine Strömungsaustrittskante 16 auf.
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In 1 und 2 sind diverse Auslegungsparameter der dort gezeigten Verdichterstufe eingetragen, nämlich der Nabendurchmesser D1 des jeweiligen Laufrads 10, der Saugmunddurchmesser D2 des jeweiligen Laufrads 10, der Außendurchmesser D2 des jeweiligen Laufrads 10, die axiale Länge L1 der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur 14 des jeweiligen Strömungskanals 11, die axiale Länge L2 der Strömungsaustrittskante 16 der Laufschaufeln des jeweiligen Laufrads 10 und der Neigungswinkel α der Strömungseintrittskante 15 der Laufschaufeln 12 des jeweiligen Laufrads 10 zur Radialrichtung desselben.
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Weiterhin sind als Auslegungsparameter der dort gezeigten Verdichterstufe 10 in 1 ein erster konkaver Krümmungsradius R1-N, ein konvexer Krümmungsradius R2-N und ein zweiter konkaver Krümmungsradius R3-N der Nabenkontur 13 des jeweiligen Strömungskanals 11 eingetragen.
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In 2 sind weiterhin ein erster konvexer Krümmungsradius R1-D, ein konkaver Krümmungsradius R2-D und ein zweiter konvexer Krümmungsradius R3-D der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur 14 des jeweiligen Strömungskanals 11 eingetragen.
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Im Sinne der Erfindung ist im Bereich mindestens einer Verdichterstufe an der rotorseitigen Nabenkontur 13 des jeweiligen Strömungskanals 11 in Durchströmungsrichtung des jeweiligen Strömungskanals 11 gesehen zunächst ein Krümmungswechsel von einer ersten konkaven Krümmung in eine konvexe Krümmung und anschließend ein Krümmungswechsel von der konvexen Krümmung in ein zweite konkave Krümmung ausgebildet. Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich ist an der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur 14 des jeweiligen Strömungskanals 11 in Durchströmungsrichtung des jeweiligen Strömungskanals 11 gesehen zunächst ein Krümmungswechsel von einer ersten konvexen Krümmung in ein konkave Krümmung und anschließend ein Krümmungswechsel von der konkaven Krümmung in ein zweite konvexe Krümmung ausgebildet. Durch die obigen Krümmungswechsel an der Nabenkontur 13 und/oder an der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur 14 kann die Laufschaufelbelastung des jeweiligen Laufrads 10 vergleichmäßigt werden. Die Vergleichmäßigung der Laufschaufelbelastung am jeweiligen Laufrad reduziert die Gefahr einer Strömungsablösung und kann bei gleichbleibendem Arbeitsbereich eine Erhöhung des Wirkungsgrads bereitstellen.
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An der Nabenkontur 13 des jeweiligen Strömungskanals 11 liegt der Krümmungswechsel von der ersten konkaven Krümmung in die konvexe Krümmung in einem Bereich zwischen 10,0% und 60,0% der Länge L-N der Nabenkontur in Meridonalprojektion, wobei an der Nabenkontur 13 des jeweiligen Strömungskanals 11 der Krümmungswechsel von der konvexen Krümmung in die zweite konkave Krümmung in einem Bereich zwischen 15,0% und 75,0% der Länge L-N der Nabenkontur in Meridonalprojektion liegt.
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0% der Länge L-N der Nabenkontur 13 in Meridonalprojektion liegt stromaufwärts der Strömungseintrittskante 15 der Laufschaufeln 12 und 100% der Länge L-N der Nabenkontur 13 in Meridonalprojektion liegt im Bereich der Strömungsaustrittskante 15 der Laufschaufeln 12 des jeweiligen Laufrads.
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Bevorzugt liegt der Krümmungswechsel von der ersten konkaven Krümmung in die konvexe Krümmung in einem Bereich zwischen 16,0% und 46,0% der Länge der Nabenkontur 13 in Meridonalprojektion und der der Krümmungswechsel von der konvexen Krümmung in die zweite konkave Krümmung in einem Bereich zwischen 30,0% und 65,0% der Länge der Nabenkontur in Meridonalprojektion. Diese Auslegungsparameter sind dann bevorzugt, wenn der jeweilige Strömungskanal 11 von einer rotorseitigen Nabenkontur 13 und einer rotorseitigen Deckscheibenkontur 14 begrenzt ist, also bei sogenannten geschlossenen Radialverdichtern.
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An der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur 14 des jeweiligen Strömungskanals 11 liegt der Krümmungswechsel von der ersten konvexen Krümmung in die konkave Krümmung in einem Bereich zwischen 0,0% und 25,0% der Länge L-D der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur 14 in Meridonalprojektion, wobei an der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur 14 des jeweiligen Strömungskanals 11 der Krümmungswechsel von der konkaven Krümmung in die zweite konvexe Krümmung in einem Bereich zwischen 10,0% und 60,0% der Länge L-D der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur 14 in Meridonalprojektion liegt.
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0% der Länge L-D der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur 14 in Meridonalprojektion liegt stromaufwärts der Strömungseintrittskante 15 der Laufschaufeln 12 und 100% der Länge L-D der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur 14 in Meridonalprojektion liegt im Bereich der Strömungsaustrittskante 15 der Laufschaufeln 12 des jeweiligen Laufrads.
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Bevorzugt liegt der der Krümmungswechsel von der ersten konvexen Krümmung in die konkave Krümmung in einem Bereich zwischen 5,0% und 9,0% der Länge der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur 14 in Meridonalprojektion und der Krümmungswechsel von der konkaven Krümmung in die zweite konvexe Krümmung in einem Bereich zwischen 21,0% und 35,0% der Länge der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur in Meridonalprojektion. Diese Auslegungsparameter sind bei sogenannten geschlossenen Radialverdichtern bevorzugt.
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An der rotorseitigen Nabenkontur 13 des jeweiligen Strömungskanals 11 des jeweiligen Laufrads 10 gilt: 0,05 < R1-N/D2 < 0,60, 0,05 < R3-N/D2 < 0,80, 0,10 < R2-N/D2 < 5,00.
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Bevorzugt gilt bei sogenannten geschlossenen Radialverdichtern an der rotorseitigen Nabenkontur 13 des jeweiligen Strömungskanals 11 des jeweiligen Laufrads 10: 0,08 < R1-N/D2 < 0,53, 0,15 < R3-N/D2 < 0,39, 0,75 < R2-N/D2 < 3,35.
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An der statorseitigen Gehäusekontur 14 oder Deckscheibenkontur des jeweiligen Strömungskanals 11 des jeweiligen Laufrads 10 gilt: 0,03 < R1-D/D2 < 0,11, 0,05 < R3-D/D2 < 0,52, 0,05 < R2-D/D2 < 0,84
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Bevorzugt gilt bei sogenannten geschlossenen Radialverdichtern an der statorseitigen Gehäusekontur 14 oder Deckscheibenkontur des jeweiligen Strömungskanals 11 des jeweiligen Laufrads 10: 0,06 < R1-D/D2 < 0,09, 0,15 < R3-D/D2 < 0,25, 0,34 < R2-D/D2 < 0,56.
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Im Bereich der jeweiligen Verdichterstufe 10 sind mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, besonders bevorzugt mindestens vier, höchst bevorzugt alle, der folgenden Verhältnisse gültig: 0,15 < D1/D2 < 0,60, 0,20 < D3/D2 < 0,94, 0,05 < L1/D2 < 0,35, 0,01 < L2/D2 < 0,15, –20° < α < +90°.
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Bevorzugt sind bei sogenannten geschlossenen Radialverdichtern im Bereich der jeweiligen Verdichterstufe 10 mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, besonders bevorzugt mindestens vier, höchst bevorzugt alle, der folgenden Verhältnisse gültig: 0,23 < D1/D2 < 0,50, 0,47 < D3/D2 < 0,94, 0,11 < L1/D2 < 0,23, 0,04 < L2/D2 < 0,09, 0° < α < +70°.
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Der Außendurchmesser D2 des Laufrads 10 der jeweiligen Verdichterstufe beträgt zwischen 30 mm und 2500 mm.
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Durch das Vorsehen der konvexen Krümmung und der obigen Krümmungswechsel an der Nabenkontur 13 und/oder durch das Vorsehen der konkaven Krümmung und der obigen Krümmungswechsel an der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur 14 kann die Laufschaufelbelastung vergleichmäßigt werden. Die Vergleichmäßigung der Laufschaufelbelastung reduziert die Gefahr einer Strömungsablösung und kann bei gleichbleibendem Arbeitsbereich eine Erhöhung des Wirkungsgrads bereitstellen.
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An der Nabenkontur 13 ist die konvexe Krümmung unter Verringerung des Strömungsquerschnitts des Strömungskanals 11 nach innen in den Strömungskanal 13 hinein gewölbt. An der Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur 14 ist die konkave Krümmung unter Vergrößerung des Strömungsquerschnitts des Strömungskanals 11 nach außen aus dem Strömungskanal 13 heraus gewölbt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Laufrad
- 11
- Strömungskanal
- 12
- Laufschaufel
- 13
- Nabenkontur
- 14
- Gehäusekontur oder Deckscheibenkontur
- 15
- Strömungseintrittskante
- 16
- Strömungsaustrittskante
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009019061 A1 [0002]
