EP2475893B1

EP2475893B1 - Radialkompressor und verfahren zum herstellen eines radialkompressors

Info

Publication number: EP2475893B1
Application number: EP10752279.9A
Authority: EP
Inventors: Thomas Michligk
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: Everllence SE
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2030-07-21
Also published as: UA102920C2; CN102575689B; EP2475893A2; JP5548772B2; US20120128477A1; WO2011012128A2; RU2486373C1; US9360022B2; DE102009035573A1; JP2013501178A; WO2011012128A3; CN102575689A

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialkompressor gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines Radialkompressors gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8.
Aus der WO 2005/045201 A1 sind ein Radialkompressor und ein Verfahrenzum Herstellen eines Radialkompressors bekannt.
Aus der EP 0 484 110 A1 und aus der DE 25 52 466 A1 sind Diffusoren von Radialkompressoren bekannt. Der aus der DE 25 52 466 A1 bekannte Diffusor ist dabei aus zwei Hälften zusammengesetzt.
Ein- und mehrstufige Radialkompressoren, bei denen ein oder mehrere Kompressorlaufräder auf einer Kompressorwelle in einem Kompressorgehäuse des jeweiligen Radialkompressors angeordnet sind, weisen zur Strömungsführung die Kompressorlaufräder des jeweiligen Radialkompressors umgebende in einer Axialrichtung des Radialkompressors geschichtete bzw. hintereinander angeordnete Statorbauteile auf, die zusammen ein Statorpaket des Radialkompressors bilden.
Das letzte Statorbauteil einer jeden Stufengruppe enthält eine Fluidpassage, die das zu verdichtende bzw. zu komprimierende Fluid sammelt und einem Druckstutzen zuführt, über den das Fluid das Kompressorgehäuse verlässt und einem nachfolgenden Prozess zugeführt wird. Diese Fluidpassage, welche demgemäß zum Ausleiten von über das letzte Kompressorlaufrad beschleunigtem Fluid dient, kann als Sammelraum oder als Spiralraum ausgeführt sein.
Als Spiralraum wird ein sich über den Umfang des Radialkompressors bzw. letzten Statorteils entwickelnder bzw. querschnittsmäßig vergrößernder Raum bezeichnet, in den über einen Diffusor das beispielsweise gasförmige oder flüssige Fluid bzw. Medium eingeleitet und an einem größten Querschnitt des Spiralraums dann aus dem Kompressorgehäuse ausgeleitet wird. Als Sammelraum wird dahingegen ein über den Umfang des Radialkompressors bzw. letzten Statorteils querschnittskonstanter Raum bezeichnet, wobei über den Diffusor das beispielsweise gasförmige oder flüssige Fluid in den Raum eingeleitet und an einer beliebigen bzw. gewünschten Stelle aus dem Kompressorgehäuse ausgeleitet wird.
In Fig.1 ist am Beispiel eines einstufigen Barrelkompressors eine dem Stand der Technik entsprechende Ausführung eines Radialkompressors 1' schematisch dargestellt.
Gemäß Fig.1 wird in einem Kompressorgehäuse 10' des Radialkompressors 1' über einen von dem Kompressorgehäuse 10' und einem Einlaufeinsatz 11' gebildeten Fluideinlass 12' z.B. gasförmiges Fluid in ein mit einer Kompressorwelle 20' rotierendes Kompressorlaufrad 13' eingeleitet und aus dem Kompressorlaufrad 13' heraus radial in eine durch ein Innenteil 14' und einen Spiral-/Sammelraumkörper 15' begrenzte Diffusorpassage 16' hineingefördert, die das Fluid in eine im Spiral-/Sammelraumkörper 15' ausgebildete Spiral-/Sammelpassage 15a' (eine Fluidpassage zum Ausleiten von über das letzte Kompressorlaufrad beschleunigtem Fluid) einleitet. Über die Spiral-/Sammelpassage 15a' wird das Fluid zu einem Fluidauslass 17' des Kompressorgehäuses 10' geleitet und einem nachfolgenden Prozess zugeführt.
Ein solcher eine Sammelpassage oder Spiralpassage aufweisender Sammelraumkörper bzw. Spiralraumkörper, welcher ein Fluidausleitelement eines Radialkompressors bildet, wird üblicherweise als Gussteil hergestellt, wobei die Sammelpassage bzw. Spiralpassage z.B. durch Gusskerne erzeugt wird. Gussteile weisen jedoch Nachteile hinsichtlich ihrer langen Lieferzeiten und der zur Herstellung erforderlichen Modelle, die in vielen Fällen nicht wiederverwendet werden können und die die Herstellungskosten für die Gussteile erheblich vergrößernd beeinflussen, und hinsichtlich ihrer ggf. schwankenden Qualität auf.
Die Qualitätsschwankungen betreffen hierbei insbesondere die Maßhaltigkeit (hier insbesondere die Maßhaltigkeit der Sammelpassage bzw. Spiralpassage) und die Materialstruktur, welche bei Gussteilen insbesondere von Lunkern beeinträchtigt sein kann. Lunker können wiederum zu Rissen und zu Bearbeitungsproblemen oder sogar zu der Notwendigkeit des Verwerfens des gesamten Gussteils führen.
Im Ergebnis sind mit solch üblichen Fluidausleitelementen ausgerüstete Radialkompressoren für Hersteller solcher Kompressoren problematisch hinsichtlich der Einhaltung der geforderten Betriebseigenschaften, wie der Betriebssicherheit bzw. Ausfallsicherheit, und der Einhaltung der vereinbarten Lieferzeiten. Damit kann die Herstellung solcher Radialkompressoren für Hersteller mit hohen Kostenrisiken verbunden sein, welche sich z.B. in Konventionalstrafen, erhöhten Beschaffungs- und/oder Transportkosten usw. ausdrücken können. Ferner sind solche üblichen Radialkompressoren problematisch hinsichtlich einer Standardisierung und damit kostenmäßigen Optimierung des Herstellungsprozesses.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Radialkompressor der eingangsgenannten Art bereitzustellen, welcher gegenüber üblichen Radialkompressoren verbesserte Betriebseigenschaften aufweist und welcher mit geringeren Kostenrisiken herstellbar ist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Radialkompressors bereitzustellen.
Die o.g. Aufgaben werden mit einem Radialkompressor gemäß Anspruch 1 bzw. einem Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Radialkompressor ein Kompressorgehäuse, eine drehbar in dem Kompressorgehäuse gelagerte Kompressorwelle, wenigstens ein in dem Kompressorgehäuse auf der Kompressorwelle angeordnetes Kompressorlaufrad und ein einem letzten Kompressorlaufrad des Radialkompressors in einem Fluidpfad im Kompressorgehäuse nachgelagertes Fluidausleitelement bestimmter Erstreckung in einer Radialrichtung und einer Axialrichtung des Radialkompressors auf.
Gemäß der Erfindung weist das Fluidausleitelement eine sich um ein bestimmtes Winkelmaß in einer Umfangsrichtung des Radialkompressors erstreckende Fluidpassage auf zum Ausleiten von über das letzte Kompressorlaufrad beschleunigtem Fluid aus dem Kompressorgehäuse, wobei das Fluidausleitelement von Material mit einer definierten Materialstruktur gebildet ist und die Fluidpassage insbesondere in ihrer Gesamtheit als nachträglich eingebrachte räumliche Unterbrechung in einem Stoffzusammenhalt der Materialstruktur ausgebildet ist.
Das Winkelmaß der Fluidpassage beträgt mindestens 90 Grad. Das Winkelmaß kann auch mindestens 180 Grad oder mindestens 270 Grad oder in etwa bzw. genau 360 Grad betragen.
Definierte Materialstruktur bedeutet gemäß der Erfindung, dass ein Ausgangsmaterial für das Fluidausleitelement sich in einem Festkörperzustand und ausdrücklich nicht in einem Schmelzzustand befindet, wobei die Gesamtheit jeglicher Strukturunregelmäßigkeiten und Strukturregelmäßigkeiten die Materialstruktur bilden. Mit anderen Worten ist die eine Sammelpassage oder eine Spiralpassage bildende Fluidpassage insbesondere in ihrer Gesamtheit durch Abtrennen von Werkstoffteilchen vom insbesondere vollwandigen bzw. massiven Ausgangsmaterial hergestellt, so dass eine Teilchenzahl und ein Volumen des fertigen Fluidausleitelements geringer als jene des Ausgangsmaterials sind.
Eine wie gemäß der Erfindung vorgesehene räumliche Unterbrechung bzw. Aufhebung des Stoffzusammenhalts einer solchen definierten Materialstruktur des Fluidausleitelements lässt sich ausschließlich durch eine Trennbearbeitung, wie beispielsweise Zerteilen, Spanen (z.B. Fräsen, Bohren, Drehen, Schleifen usw.), Abtragen (z.B. Funkenerodieren, Laserschneiden, Elektronenstrahlschneiden, Brennschneiden usw.) usw., erzielen.
Mit einem Trennverfahren lassen sich jedoch mit den heute verfügbaren z.B. CNC (Computer Numerically Controlled - Computernummerischgesteuert) -Maschinen, wie z.B. CNC-Fräsmaschinen, CNC-Funkenerodiermaschinen usw., erheblich höhere Genauigkeiten, insbesondere auch für die Fluidpassage zum Ausleiten von über das letzte Kompressorlaufrad beschleunigtem Fluid, erzielen. Damit kann auf eine kostenintensive, langwierige und qualitätsschwankende Herstellung der Fluidpassage mittels Gusskernen verzichtet werden.
Ein Radialkompressor mit einem erfindungsgemäß hergestellten Fluidausleitelement weist somit durch die mit stets gleichbleibender Qualität bzw. Maßhaltigkeit hergestellte Fluidpassage zum Ausleiten von über das letzte Kompressorlaufrad beschleunigtem Fluid stets die gewünschten und damit verbesserte Betriebseigenschaften auf. Durch die z.B. damit reduzierten Risiken hinsichtlich lieferzeitbedingter und/oder qualitätsbedingter Konventionalstrafen und/oder höherer Beschaffungskosten und/oder höherer Transportkosten für den Hersteller eines solchen Radialkompressors sind insgesamt die Kostenrisiken bei der Herstellung des Radialkompressors reduziert.
Beim erfindungsgemäßen Radialkompressors ist das Fluidausleitelement von einer Mehrzahl von in Axialrichtung des
Radialkompressors aufeinandergeschichteten und miteinander verbundenen Ausleitelementteilen gebildet. Bevorzugt sind die Ausleitelementteile miteinander verschweißt, verlötet oder verschraubt. Zusätzlich können geeignete Verbindungen zum Kompressorgehäuse und benachbarten Innenteilen des Radialkompressors vorgesehen sein, wie z.B. bei Barrelkompressoren oder horizontal geteilten Radialkompressoren üblich.
Die erfindungsgemäße Laminierung bzw. Aufeinanderschichtung mehrerer Ausleitelementteile hat den Vorteil, dass die Gesamterstreckung des Fluidausleitelements in Axialrichtung des Radialkompressors auf die mehreren Dickenabmessungen bzw. Erstreckungen in Axialrichtung des Radialkompressors der Ausleitelementteile verteilbar ist. Damit unterliegt das für die jeweiligen Ausleitelementteile zu verwendende Ausgangsmaterial zumindest in einer Dimension, nämlich hier bevorzugt in der sich in Axialrichtung des Radialkompressors erstreckenden Dickendimension, nicht den durch das Fluidausleitelement als Ganzes vorgegebenen Beschränkungen bzw. Größenmindestanforderungen. Damit wird eine erhöhte Flexibilität hinsichtlich der Grundabmessungen des Ausgangsmaterials für die jeweiligen Ausleitelementteile sichergestellt.
Beim erfindungsgemäßen Radialkompressor
erstreckt sich die Fluidpassage in wenigstens zwei Ausleitelementteilen der Mehrzahl von Ausleitelementteilen.
Durch die erfindungsgemäße Aufeinanderschichtung ist es somit möglich, wenn eine auf dem Markt verfügbare Dickendimension des Ausgangsmaterials für die jeweiligen Ausleitelementteile nicht ausreicht, um darin den gesamten Querschnitt der Fluidpassage auszubilden, den Querschnitt auf mehrere Ausleitelementteile zu verteilen. Damit unterliegt der Fachmann beim Konstruieren der Fluidpassage bzw. des Fluidausleitelementes im Wesentlichen keinen ausgangsmaterialbedingten Beschränkungen und kann somit eine optimale Konstruktion realisieren.
In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass sich die Fluidpassage sowohl aufgrund ihres Querschnitts als auch aufgrund eines ggf. vorhandenen axialen Verlaufsfaktors, wobei sich die Fluidpassage schraubenförmig in Axialrichtung des Fluidausleitelementes erstreckt, in mehreren Ausleitelementteilen erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radialkompressors ist ein Querschnitt der Fluidpassage entlang ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung konstant.
Gemäß dieser Ausgestaltung der Fluidpassage dient die Fluidpassage als ein wie eingangs definierter Sammelraum.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radialkompressors nimmt ein Querschnitt der Fluidpassage entlang ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung zu, so dass ein Fluidauslass der Fluidpassage an einem größten Querschnitt dieser angeordnet ist.
Gemäß dieser Ausgestaltung der Fluidpassage dient die Fluidpassage als ein wie eingangs definierter Spiralraum.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radialkompressors ist das Material des Fluidausleitelements druckumgeformtes Material, wobei die Materialstruktur des Fluidausleitelements als Druckumgeformt-Materialstruktur ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß wird unter druckumgeformtem Material beispielsweise Schmiedematerial, Kaltwalzmaterial und Warmwalzmaterial, Ziehmaterial usw. verstanden. Solche Materialien sind am Markt schnell und preiswert als Halbzeuge verfügbar. Ferner weisen druckumgeformte Materialien eine hinsichtlich Lufteinschlüssen verbesserte Materialstruktur auf, da durch die Druckumformung nach einem Urformen ggf. vorhandene Lufteinschlüsse gewissermaßen verschmiedet werden und damit eine homogenere Materialstruktur geschaffen wird.
Bevorzugt ist das Material des Fluidausleitelements Walzmaterial und insbesondere Metallblech, wobei die Materialstruktur des Fluidausleitelements als Walzmaterialstruktur ausgebildet ist.
Insbesondere Metallbleche sind am Markt in einer Vielzahl von Blechdicken und Materialqualitäten verfügbar. Mit der erfindungsgemäßen Aufeinanderschichtung mehrerer Ausleitelementteile, kann auf einfache Weise das Problem gelöst werden, dass die am Markt verfügbare Blechdicke beschränkt ist.
Mit anderen Worten werden, wenn die Dickenabmessung des Fluidausleitelements die am Markt verfügbare Blechdicke überschreitet, einfach mehrere Bleche (Ausleitelementteile) aufeinandergeschichtet und wie oben beschrieben miteinander verbunden. Die geometrische Form für die Fluidpassage kann in jedes Blech einzeln oder in die Bleche im Geschichtet-Zustand eingebracht werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Fluidausleitelements aus mehreren Ausleitelementteilen können für bestimmte Kompressorbaugrößen Standard-Ausleitelementteile definiert werden, so dass zumindest das Ausgangsmaterial für diese und ggf. sogar fertige Ausleitelementteile in einem Lager vorgehalten werden können. Damit können erfindungsgemäße Radialkompressoren einen höheren Standardisierungsgrad aufweisen, womit eine kostenmäßige Optimierung des Herstellungsprozesses erzielbar ist. Ferner ist es durch eine Lagervorhaltung von bestimmten Ausleitelementteilen möglich, schnell und flexibel auf Kundenwünsche zu reagieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen eines Radialkompressors zumindest die folgenden Schritte auf: Bereitstellen eines Kompressorgehäuses, Bereitstellen einer Kompressorwelle, Bereitstellen wenigstens eines Kompressorlaufrades und Anordnen dessen auf der Kompressorwelle, drehbares Lagern der Kompressorwelle in dem Kompressorgehäuse sowie Bereitstellen eines Fluidausleitelements und Anordnen dessen in einem Fluidpfad im Kompressorgehäuse nachgeordnet zu einem letzten Kompressorlaufrad des Radialkompressors, wobei das Fluidausleitelement eine bestimmte Erstreckung in einer Radialrichtung und in einer Axialrichtung des Radialkompressors sowie zum Ausleiten von über das letzte Kompressorlaufrad beschleunigtem Fluid aus dem Kompressorgehäuse eine sich um ein bestimmtes Winkelmaß in einer Umfangsrichtung des Radialkompressors erstreckende Fluidpassage aufweist und wobei beim Bereitstellen des Fluidausleitelements die Fluidpassage insbesondere in ihrer Gesamtheit durch eine Trennbearbeitung in das Fluidausleitelement eingebracht wird.
Das Winkelmaß der Fluispassage beträgt mindestens 90 Grad. Das Winkelmaß kann auch mindestens 180 Grad oder mindestens 270 oder in etwa bzw. genau 360 Grad betragen.
Eine erfindungsgemäße Trennbearbeitung kann beispielsweise Zerteilen und/oder Spanen (z.B. Fräsen, Bohren, Drehen, Schleifen usw.) und/oder Abtragen (z.B. Funkenerodieren, Laserschneiden, Elektronenstrahlschneiden, Brennschneiden usw.) beinhalten.
Mit einem Trennverfahren lassen sich mit den heute verfügbaren CNC-Maschinen, wie z.B. CNC-Fräsmaschinen, CNC-Funkenerodiermaschinen usw., erheblich höhere Genauigkeiten, insbesondere auch für die Fluidpassage zum Ausleiten von über das letzte Kompressorlaufrad beschleunigtem Fluid, erzielen. Damit kann auf eine kostenintensive, langwierige und qualitätsschwankende Herstellung der Fluidpassage mittels Gusskernen verzichtet werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich das Fluidausleitelement und dessen Fluidpassage zum Ausleiten von über das letzte Kompressorlaufrad beschleunigtem Fluid mit stets gleichbleibender Qualität bzw. Maßhaltigkeit herstellen, wodurch die gewünschten Betriebseigenschaften sichergestellt werden können. Durch die z.B. damit reduzierten Risiken hinsichtlich lieferzeitbedingter und/oder qualitätsbedingter Konventionalstrafen für den Hersteller eines Radialkompressors sind insgesamt die Kostenrisiken bei der Herstellung des Radialkompressors reduziert.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Ausgangsmaterial für das Fluidausleitelement vollwandiges bzw. massives Material verwendet.
Mit anderen Worten kann als Ausgangsmaterial jegliches am Markt verfügbare geeignete Vollmaterial verwendet werden, da die Fluidpassage erst nachträglich in ihrer Gesamtheit per Trennbearbeitung aus dem Vollen herausgearbeitet wird.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Fluidpassage durch eine spanende und/oder eine abtragende Bearbeitung in das Fluidausleitelement eingebracht.
Gerade für räumlich verlaufende Geometrien wie die Fluidpassage eignen sich per CNC-Maschine durchgeführte Bearbeitungsverfahren wie z.B. Fräsen, Funkenerodieren, Laserschneiden, Elektronenstrahlschneiden und Brennschneiden. Damit lässt sich die Geometrie der Fluidpassage in wiederholbarer Qualität und hoher Maßgenauigkeit zuverlässig herstellen. Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beim Bereitstellen des Fluidausleitelements eine Mehrzahl von separaten Ausleitelementteilen so aufeinandergeschichtet und miteinander verbunden, dass die Ausleitelementteile in Axialrichtung des Radialkompressors nacheinander bzw. nebeneinander angeordnet sind. Bevorzugt werden die Ausleitelementteile miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt, verlötet oder verschraubt. Zusätzlich können geeignete Verbindungen zum Kompressorgehäuse und benachbarten Innenteilen des Radialkompressors vorgesehen werden, wie z.B. bei Barrelkompressoren oder horizontal geteilten Radialkompressoren üblich.
Die erfindungsgemäße Laminierung bzw. Aufeinanderschichtung mehrerer Ausleitelementteile hat den Vorteil, dass die Gesamterstreckung des Fluidausleitelements in Axialrichtung des Radialkompressors auf die mehreren Dickenabmessungen bzw. Erstreckungen in Axialrichtung des Radialkompressors der Ausleitelementteile verteilbar ist. Damit unterliegt das für die jeweiligen Ausleitelementteile zu verwendende Ausgangsmaterial zumindest in einer Dimension, nämlich hier bevorzugt in der sich in Axialrichtung des Radialkompressors erstreckenden Dickendimension, nicht den durch das Fluidausleitelement als Ganzes vorgegebenen Beschränkungen bzw. Größenmindestanforderungen. Damit wird eine erhöhte Flexibilität hinsichtlich der Grundabmessungen des Ausgangsmaterials für die jeweiligen Ausleitelementteile sichergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Fluidpassage so eingebracht, dass sie sich in wenigstens zwei Ausleitelementteilen der Mehrzahl von Ausleitelementteilen erstreckt.
Durch die erfindungsgemäße Aufeinanderschichtung ist es somit möglich, wenn eine auf dem Markt verfügbare Dickendimension des Ausgangsmaterials für die jeweiligen Ausleitelementteile nicht ausreicht, um darin den gesamten Querschnitt der Fluidpassage auszubilden, den Querschnitt auf mehrere Ausleitelementteile zu verteilen. Damit unterliegt der Fachmann beim Konstruieren der Fluidpassage bzw. des Fluidausleitelementes im Wesentlichen keinen ausgangsmaterialbedingten Beschränkungen und kann somit eine optimale Konstruktion realisieren.
In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass die Fluidpassage sowohl aufgrund ihres zu realisierenden Querschnitts als auch aufgrund eines ggf. zu realisierenden axialen Verlaufsfaktors, wobei die Fluidpassage schraubenförmig in Axialrichtung des Fluidausleitelementes eingebracht wird, auf mehrere Ausleitelementteile verteilt eingebracht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Fluidpassage so eingebracht, dass ein Querschnitt der Fluidpassage entlang ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung konstant ist.
Mit anderen Worten wird die Fluidpassage als ein wie eingangs definierter Sammelraum ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Fluidpassage so eingebracht, dass ein Querschnitt der Fluidpassage entlang ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung zunimmt, so dass ein Fluidauslass der Fluidpassage an einem größten Querschnitt dieser angeordnet ist.
Mit anderen Worten wird die Fluidpassage als ein wie eingangs definierter Spiralraum ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Ausgangsmaterial für das Fluidausleitelement druckumgeformtes Material verwendet.
Wie oben erwähnt, wird erfindungsgemäß unter druckumgeformtem Material beispielsweise Schmiedematerial, Kaltwalzmaterial und Warmwalzmaterial, Ziehmaterial usw. verstanden. Solche Materialien sind am Markt schnell und preiswert als Halbzeuge verfügbar. Ferner weisen druckumgeformte Materialien eine hinsichtlich Lufteinschlüssen verbesserte Materialstruktur auf, da durch die Druckumformung nach einem Urformen ggf. vorhandene Lufteinschlüsse gewissermaßen verschmiedet werden und damit eine homogenere Materialstruktur geschaffen wird.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Ausgangsmaterial für das Fluidausleitelement Walzmaterial, insbesondere Metallblech, verwendet.
Insbesondere Metallbleche sind am Markt in einer Vielzahl von Blechdicken und Materialqualitäten verfügbar. Mit der erfindungsgemäßen Aufeinanderschichtung mehrerer Ausleitelementteile, kann auf einfache Weise das Problem gelöst werden, dass die am Markt verfügbare Blechdicke beschränkt ist.
Mit anderen Worten werden, wenn die Dickenabmessung des Fluidausleitelements die am Markt verfügbare Blechdicke überschreitet, einfach mehrere Bleche (Ausleitelementteile) aufeinandergeschichtet und wie oben beschrieben miteinander verbunden. Die geometrische Form für die Fluidpassage kann in jedes Blech einzeln oder in die Bleche im Geschichtet-Zustand eingebracht werden.
Durch das erfindungsgemäße Herstellen des Fluidausleitelements aus mehreren Ausleitelementteilen können für bestimmte Kompressorbaugrößen Standard-Ausleitelementteile definiert werden, so dass zumindest das Ausgangsmaterial für diese und ggf. sogar fertige Ausleitelementteile in einem Lager vorgehalten werden können. Damit können erfindungsgemäße Radialkompressoren einen höheren Standardisierungsgrad aufweisen, womit eine kostenmäßige Optimierung des Herstellungsprozesses erzielbar ist. Ferner ist es durch eine Lagervorhaltung von bestimmten Ausleitelementteilen möglich, schnell und flexibel auf Kundenwünsche zu reagieren.
Im Fazit wird gemäß Ausführungsformen beider Aspekte der Erfindung vorgeschlagen, die Gussteile für Sammelraum und/oder Spiralraum durch aus mindestens einem Blech bzw. Blechen überwiegend spanend hergestellte Bauteile zu ersetzen. Bei geeigneter Formgebung der strömungsführenden Fluidpassagen für Sammelraum bzw. Spiralraum können diese aus einem oder bei nicht ausreichend zur Verfügung stehender Blechdicke mehreren geschichteten Blechen spanabhebend und/oder durch erosive und/oder durch schneidende Verfahren (Laser, Elektronenstrahl, Brennschneiden) hergestellt werden.
Bei geschichteten Blechen können diese miteinander verschraubt, verlötet oder verschweißt werden. Werden die Bleche miteinander verschraubt, kann die Verschraubung auch Bestandteil der Verschraubung des gesamten Statorpaketes sein.
Die Erfindung erlaubt nicht nur den Einsatz von Blechen, sondern ermöglicht auch den Aufbau einer Standard-Bauteilsystematik.
Erfindungsgemäß besteht keine Beschränkung auf einstufige Radialkompressoren, sondern die Erfindung ist z.B. auch für mehrstufige Radialkompressoren sowohl in Barrelbauweise als auch in horizontal geteilter Bauweise anwendbar.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Radialkompressor ein einwelliger Radialkompressor.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.

Fig.1: zeigt eine schematische Schnittansicht eines Radialkompressors gemäß dem Stand der Technik.
Fig.2: zeigt eine schematische Schnittansicht eines Radialkompressors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig.3A: zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Fluidausleitelementes eines Radialkompressors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig.3B: zeigt eine perspektivische Zusammenbauansicht des Fluidausleitelementes von Fig.3A.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2, 3A und 3B ein Radialkompressor 1 gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Wie in den Figuren 2, 3A und 3B gezeigt, weist der Radialkompressor 1 ein Kompressorgehäuse 10, eine drehbar in dem Kompressorgehäuse 10 gelagerte Kompressorwelle 30, einen von dem Kompressorgehäuse 10 und einem Einlaufeinsatz 11 gebildeten Fluideinlass 12 zum Einleiten bzw. Ansaugen von flüssigem oder gasförmigem Fluid, ein auf einer Kompressorwelle 30 befestigtes bzw. gelagertes Kompressorlaufrad 13, eine durch ein Innenteil 14 und ein Fluidausleitelement 15 begrenzte Diffusorpassage 19, eine im Fluidausleitelement 15 ausgebildete Fluidpassage 15a zum Ausleiten von über das Kompressorlaufrad 13 beschleunigtem Fluid und einen Fluidauslass 20 im Kompressorgehäuse 10 auf.
Wie insbesondere aus Fig.2 ersichtlich, bildet das hier einzige Kompressorlaufrad 13 gleichzeitig ein letztes Kompressorlaufrad des Radialkompressors 1 in einem Fluidpfad im Kompressorgehäuse 10, wobei das Fluidausleitelement 15 dem Kompressorlaufrad 13 im Fluidpfad nachgelagert ist.
Das Fluidausleitelement 15 weist eine bestimmte Erstreckung in einer Radialrichtung RR und einer Axialrichtung AR des Radialkompressors 1 auf. Wie aus den Figuren 2, 3A und 3B ersichtlich, ist das Fluidausleitelement 15 von drei in Axialrichtung AR des Radialkompressors 1 aufeinandergeschichteten und miteinander verbundenen Ausleitelementteilen 16, 17, 18 gebildet ist, wobei die Ausleitelementteile 16, 17, 18 miteinander verschweißt, verlötet oder verschraubt (nicht im Detail dargestellt) sind.
Die Fluidpassage 15a erstreckt sich in allen dreien der Ausleitelementteile 16, 17, 18, so dass sich die Fluidpassage 15a um ein bestimmtes Winkelmaß, welches hier in etwa 360 Grad beträgt, in einer Umfangsrichtung UR (siehe Fig.3B) des Radialkompressors 1 bzw. des Fluidausleitelements 15 erstreckt.
Wie insbesondere aus Fig.3A und Fig.3B ersichtlich, nimmt ein Querschnitt der Fluidpassage 15a entlang ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung UR zu, so dass ein mit dem Fluidauslass 20 im Kompressorgehäuse 10 in Verbindung stehender Fluidauslass 15b der Fluidpassage 15a an einem größten Querschnitt der Fluidpassage 15a angeordnet ist.
Gemäß einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform ist der Querschnitt der Fluidpassage 15a entlang ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung UR konstant bzw. gleichgroß.
Das Fluidausleitelement 15 ist aus einem Material mit einer definierten Materialstruktur hergestellt, nämlich gemäß Ausführungsformen der Erfindung aus druckumgeformtem Material und hier insbesondere aus gewalztem Metallblech. Mit anderen Worten ist die Materialstruktur des Fluidausleitelements 15 bzw. der jeweiligen Ausleitelementteile 16, 17, 18 eine Druckumgeformt-Materialstruktur und hier insbesondere eine Walzmaterialstruktur.
Gemäß der Erfindung ist die Fluidpassage 15a durch eine Trennbearbeitung in das vollwandige Ausgangsmaterial (Metallblech) des Fluidausleitelements 15 eingebracht.
Damit stellt die Fluidpassage 15a eine nachträglich eingebrachte räumliche Unterbrechung in einem Stoffzusammenhalt der Materialstruktur des Fluidausleitelements 15 dar.
In einer einfachsten Form weist ein Verfahren zum Herstellen des Radialkompressors 1 demnach die folgenden Schritte auf: Bereitstellen des Kompressorgehäuses 10, Bereitstellen der Kompressorwelle 30, Bereitstellen des Kompressorlaufrades 13 und Anordnen dessen auf der Kompressorwelle 30, drehbares Lagern der Kompressorwelle 30 in dem Kompressorgehäuse 10, Bereitstellen des Fluidausleitelements 15 mit der durch per Trennbearbeitung, bevorzugt per spanender und/oder abtragender Bearbeitung, in das Fluidausleitelement 15 eingebrachten Fluidpassage 15a und Anordnen des Fluidausleitelements 15 im Fluidpfad im Kompressorgehäuse 10 nachgeordnet zu dem Kompressorlaufrad 13.
Gemäß Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Fluidausleitelement 15, wie in den Figuren 2 bis 3B gezeigt, aus einer Mehrzahl von in Axialrichtung AR des Radialkompressors 1 aufeinandergeschichteten Ausleitelementteilen 16, 17, 18 hergestellt werden, wobei die Ausleitelementteile 16, 17, 18 miteinander verschweißt, verlötet oder verschraubt werden.
Die Fluidpassage 15a kann so eingebracht werden, dass sie sich, wie in den Figuren 2 bis 3B gezeigt, in allen drei Ausleitelementteilen 16, 17, 18 erstreckt, wobei der Querschnitt der Fluidpassage 15a entlang ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung UR zunehmen (wie dargestellt) oder konstant (nicht dargestellt) sein kann.
Die geometrische Form für die Fluidpassage 15a kann in jedes Ausleitelementteil 16, 17, 18 einzeln (wie in Fig.3A angedeutet) oder in die Ausleitelementteile 16, 17, 18 im Geschichtet-Zustand (wie in Fig.3B angedeutet) eingebracht werden.
Als Ausgangsmaterial für das Fluidausleitelement 15 kann druckumgeformtes Material und bevorzugt Walzmaterial, insbesondere Metallblech, verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1': Radialkompressor
10': Kompressorgehäuse
11': Einlaufeinsatz
12': Fluideinlass
13': Kompressorlaufrad
14': Innenteil
15': Spiral-/Sammelraumkörper
15a': Spiral-/Sammelraum
16': Diffusorpassage
17': Fluidauslass
20': Kompressorwelle

1: Radialkompressor
10: Kompressorgehäuse
11: Einlaufeinsatz
12: Fluideinlass
13: Kompressorlaufrad
14: Innenteil
15: Fluidausleitelement
15a: Fluidpassage
15b: Fluidauslass
16: Ausleitelementteil
17: Ausleitelementteil
18: Ausleitelementteil
19: Diffusorpassage
20: Fluidauslass
30: Kompressorwelle

AR: Axialrichtung
RR: Radialrichtung
UR: Umfangsrichtung

Claims

Radialkompressor (1),
mit einem Kompressorgehäuse (10), mit einer drehbar in dem Kompressorgehäuse (10) gelagerten Kompressorwelle (30), mit wenigstens einem in dem Kompressorgehäuse (10) auf der Kompressorwelle (30) angeordneten Kompressorlaufrad (13), und mit einem einem letzten Kompressorlaufrad (13) des Radialkompressors (1) in einem Fluidpfad im Kompressorgehäuse (10) nachgelagerten Fluidausleitelement (15) bestimmter Erstreckung in einer Radialrichtung (RR) und einer Axialrichtung (AR) des Radialkompressors (1),
wobei das Fluidausleitelement (15) eine sich um ein bestimmtes Winkelmaß in einer Umfangsrichtung (UR) des Radialkompressors (1) erstreckende Fluidpassage (15a) aufweist, die als Sammelraum oder als Spiralraum ausgebildet ist, und die zum Ausleiten von über das letzte Kompressorlaufrad (13) beschleunigtem Fluid aus dem Kompressorgehäuse (10) zu einem Fluidauslass (20) im Kompressorgehäuse (10) führt, der mit einem Fluidauslass (15b) des Fluidausleitelements (15) in Verbindung steht, und
wobei das Fluidausleitelement (15) von Material mit einer definierten Materialstruktur gebildet ist und die Fluidpassage (15a) als nachträglich eingebrachte räumliche Unterbrechung in einem Stoffzusammenhalt der Materialstruktur ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidausleitelement (15) zusammen mit einem Innenteil (14) eine Diffusorpassage (19) begrenzt, das Winkelmaß der sich in Umfangsrichtung (UR) des Radialkompressors (1) erstreckenden Fluidpassage (15a) des Fluidausleitelementes (15) mindestens 90° beträgt und das Fluidausleitelement (15) von einer Mehrzahl von in Axialrichtung (AR) des Radialkompressors (1) aufeinandergeschichteten und miteinander verbundenen Ausleitelementteilen (16, 17, 18) gebildet ist, wobei sich die Fluidpassage (15a) schraubenförmig in Axialrichtung des Fluidausleitelements (15) in wenigstens zwei Ausleitelementteilen der Mehrzahl von Ausleitelementteilen (16, 17, 18) erstreckt.
Radialkompressor (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Ausleitelementteile (16, 17, 18) miteinander verschweißt, verlötet oder verschraubt sind.
Radialkompressor (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Fluidpassage (15a) über ein Winkelmaß von mindestens 180° oder mindestens 270° in Umfangsrichtung (UR) des Radialkompressors (1) erstreckt.
Radialkompressor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Querschnitt der Fluidpassage (15a) entlang ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung (UR) konstant ist.
Radialkompressor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Querschnitt der Fluidpassage (15a) entlang ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung (UR) zunimmt, so dass ein Fluidauslass (15b) der Fluidpassage (15a) an einem größten Querschnitt dieser angeordnet ist.
Radialkompressor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Material des Fluidausleitelements (15) druckumgeformtes Material ist, und wobei die Materialstruktur des Fluidausleitelements (15) als Druckumgeformt-Materialstruktur ausgebildet ist.
Radialkompressor (1) gemäß Anspruch 6, wobei das Material des Fluidausleitelements (15) Walzmaterial und insbesondere Metallblech ist, und wobei die Materialstruktur des Fluidausleitelements (15) als Walzmaterialstruktur ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Radialkompressors (1), aufweisend:
Bereitstellen eines Kompressorgehäuses (10),

Bereitstellen einer Kompressorwelle (30),

Bereitstellen wenigstens eines Kompressorlaufrades (13) und Anordnen dessen auf der Kompressorwelle (30),

drehbares Lagern der Kompressorwelle (30) in dem Kompressorgehäuse (10),

Bereitstellen eines Fluidausleitelements (15), wobei das Fluidausleitelement (15) eine bestimmte Erstreckung in einer Radialrichtung (RR) und in einer Axialrichtung (AR) des Radialkompressors (1) aufweist, und wobei das Fluidausleitelement (15) zum Ausleiten von über das letzte Kompressorlaufrad (13) beschleunigtem Fluid aus dem Kompressorgehäuse (10) eine sich um ein bestimmtes Winkelmaß in einer Umfangsrichtung (UR) des Radialkompressors (1) erstreckende Fluidpassage (15a) aufweist, die als Sammelraum oder als Spiralraum ausgebildet ist und die das beschleunigte Fluid zu einem Fluidauslass (20) im Kompressorgehäuse (10) führt, der mit einem Fluidauslass (15b) des Fluidausleitelements (15) in Verbindung steht,
Bilden des Fluidausleitelementes (15) von Material mit einer definierten Materialstruktur und Einbringen der Fluidpassage (15a) durch eine Trennbearbeitung in das Fluidausleitelement (15), dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenteil (14) bereitgestellt wird, das Innenteil (14) und das Fluidausleitelement (15) in einem Fluidpfad im Kompressorgehäuse (10) nachgeordnet zu einem letzten Kompressorlaufrad (13) des Radialkompressors angeordnet werden, wobei das Fluidausleitelement (15) zusammen mit einem Innenteil (14) eine Diffusorpassage (19) begrenzt, die sich in Umfangsrichtung (UR) des Radialkompressors (1) erstreckende Fluidpassage (15a) des Fluidausleitelementes (15) ein Winkelmaß von mindestens 90° aufweist und beim Bereitstellen des Fluidausleitelements (15) eine Mehrzahl von separaten Ausleitelementteilen (16, 17, 18) so aufeinandergeschichtet und miteinander verbunden werden, dass die Ausleitelementteile (16, 17, 18) in Axialrichtung (AR) des Radialkompressors (1) nacheinander angeordnet sind, wobei sich die Fluidpassage (15a) schraubenförmig in Axialrichtung des Fluidausleitelements (15) in wenigstens zwei Ausleitelementteilen der Mehrzahl von Ausleitelementteilen (16, 17, 18) erstreckt.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei als Ausgangsmaterial für das Fluidausleitelement (15) vollwandiges Material verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Fluidpassage (15a) durch eine spanende und/oder eine abtragende Bearbeitung in das Fluidausleitelement (15) eingebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die Ausleitelementteile (16, 17, 18) miteinander verschweißt, verlötet oder verschraubt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Fluidpassage (15a) so eingebracht wird, dass sie sich über ein Winkelmaß von mindestens 180° oder mindestens 270° in Umfangsrichtung (UR) des Radialkompressors (1) erstreckt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Fluidpassage (15a) so eingebracht wird, dass ein Querschnitt der Fluidpassage (15a) entlang ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung (UR) konstant ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Fluidpassage (15a) so eingebracht wird, dass ein Querschnitt der Fluidpassage (15a) entlang ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung (UR) zunimmt, so dass ein Fluidauslass (15b) der Fluidpassage (15a) an einem größten Querschnitt dieser angeordnet ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei als Ausgangsmaterial für das Fluidausleitelement (15) druckumgeformtes Material verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei als Ausgangsmaterial für das Fluidausleitelement (15) Walzmaterial, insbesondere Metallblech, verwendet wird.