EP2480791A1 - Axial-radial-strömungsmaschine - Google Patents

Axial-radial-strömungsmaschine

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Publication number
EP2480791A1
EP2480791A1 EP10732634A EP10732634A EP2480791A1 EP 2480791 A1 EP2480791 A1 EP 2480791A1 EP 10732634 A EP10732634 A EP 10732634A EP 10732634 A EP10732634 A EP 10732634A EP 2480791 A1 EP2480791 A1 EP 2480791A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
axial
radial
housing
partition wall
partition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10732634A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Lange
Arno Richter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN Energy Solutions SE
Original Assignee
MAN Diesel and Turbo SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MAN Diesel and Turbo SE filed Critical MAN Diesel and Turbo SE
Publication of EP2480791A1 publication Critical patent/EP2480791A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/243—Flange connections; Bolting arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/02—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps having non-centrifugal stages, e.g. centripetal
    • F04D17/025—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps having non-centrifugal stages, e.g. centripetal comprising axial flow and radial flow stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/12—Multi-stage pumps
    • F04D17/122—Multi-stage pumps the individual rotor discs being, one for each stage, on a common shaft and axially spaced, e.g. conventional centrifugal multi- stage compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/16—Combinations of two or more pumps ; Producing two or more separate gas flows

Definitions

  • the invention relates to an axial-radial flow machine having an axial part with at least one axial step and a radial part with at least one radial step.
  • An axial-radial flow machine 1 as shown in FIG. 1 has an axial part 10 with a plurality of axial steps 1 1, a radial part 20 with a
  • the partition 40 is formed with such a large wall thickness S (see FIG. 2) that deformations of the partition 40 are reduced to a permissible level.
  • FIG. 2 shows an enlarged partial view of a region A in FIG.
  • a large industrial fluid machine could have an outside dimension in FIG Radial direction RR of about 4000 mm, wherein the wall thickness S (in the axial direction AR of the partition wall 40) could be about 500 mm.
  • the invention has for its object to provide an axial-radial flow machine, wherein the partition reliably against excessive
  • Deformations is protected in the axial direction of the housing and thereby may have a smaller wall thickness than in the prior art.
  • an axial-radial flow machine comprises: an axial part having at least one axial step, a radial part having at least one radial step, a housing having an inner space passing through a partition wall extending in a radial direction of the housing in an axial direction of the housing in a first part space in which the axial part is received, and a second part space is divided, in which the radial part is received, and a shaft which extends in the axial direction through the interior of the housing and the partition wall and on the impellers of the axial part and of
  • Radial part is formed a radial gap, and wherein in the radial gap a
  • a wall thickness (in the axial direction) of the partition wall according to the invention from 500 mm to about 250 mm reduced.
  • Such a wall thickness reduction of the partition wall can thus make up a weight reduction of the axial-radial flow machine of several tons, as in the example about 25 tons.
  • the fluid guide element can be formed for example by a return or a diffuser insert of the radial part.
  • each of the fixing units has a projection bridging the radial gap in the axial direction of the housing on the dividing wall and / or the fluid-conducting element.
  • the protrusions may be integrally formed with the partition wall and / or the fluid conducting element (e.g., as sprues) or may be mounted as separate parts thereto.
  • the fixing units each have a threaded bolt which extends in the axial direction of the housing through the partition wall and the Fluidleitelement, wherein the threaded bolt with at least one of the partition wall and the Fluidleitelement in
  • Thread engagement is.
  • the threaded bolt would preferably be supported axially on the part not in each case in threaded engagement (partition wall or fluid guide element), so that here too an axial fixation of the partition in the form of an axial support would be provided on the fluid guide element, whereby axially from Axial part from acting in the direction of the radial part towards the partition forces can be reliably absorbed.
  • the threaded bolt can also be used both with the partition wall and with the fluid guide in
  • Thread engagement are, whereby a two-sided axial fixation of the partition is achieved.
  • Fixing units also each have a spacer sleeve, which in the radial gap the threaded bolt is arranged and bridges the radial gap in the axial direction of the housing.
  • the threaded bolt if desired, merely serve as a radial fixation of the spacer sleeve, since the spacer sleeve rests axially on both the partition wall and on the Fluidleitelement and thus an axial
  • Fluidleitelement provides, whereby axially acting from the axial part in the direction of the radial part towards the partition forces can be reliably intercepted.
  • the threaded bolt is formed by a threaded screw having an externally threaded shank portion and an enlarged one with respect to the shank portion
  • This embodiment of the invention realizes a two-sided axial fixation of the partition wall, wherein both axially acting in the direction of the radial part from the axial part and from the axial part of the radial part towards the partition forces acting reliably can be intercepted.
  • the threaded bolt would be for an axial support of the partition to the fluid guide against act axially in the direction of the radial part from the axial part towards acting on the partition wall forces.
  • the axial-radial flow machine is formed by an axial-radial compressor.
  • pressure-difference-based force acts axially in the direction of the radial part from the axial part towards the partition wall, since with the radial part higher pressures than with the axial part can be generated.
  • FIG. 1 shows a schematic side sectional view of an axial-radial flow machine.
  • FIG. 2 shows a schematic partial view of a region A of the axial-radial flow machine of Figure 1 according to the prior art.
  • FIG. 3 shows a schematic partial view of a region A of the axial-radial flow machine of Figure 1 according to an embodiment of the invention, seen in a first sectional plane.
  • 4 shows a schematic partial view of the area A 'of the axial-radial flow machine of Figure 1 according to an embodiment of the
  • FIG. 5 shows a schematic perspective view, in which the axial-radial flow machine according to Figure 3 and Figure 4 is shown in the region of the partition radially cut.
  • FIG. 6 shows a schematic partial view of the area A 'of the axial-radial flow machine of Figure 1 according to an embodiment of the
  • an axial-radial flow machine 1 according to an embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 1 and FIGS.
  • the axial-radial flow machine 1 by an axial-radial compressor (a compressor with an axial compressor and a centrifugal compressor, which are combined to form a unit) is formed.
  • the axial-radial flow machine 1 has an axial part 10 with a plurality of axial stages 1 1, a radial part 20 with a plurality of radial steps 21, a housing 30 with an interior, which extends through a in a radial direction RR of the housing 30th extending partition wall 40 'in an axial direction AR of the housing 30 in a first part space 31 in which the axial part 10 is received, and a second part space 32 is divided, in which the radial part 20 is received, and a shaft 50, which in Axial direction AR through the interior of the housing 30 and the partition wall 40 'extends therethrough and are received on the wheels 12, 22 of the axial part 10 and the radial part 20.
  • the radial part 20 of the axial-radial flow machine 1 according to the invention has an axially fixed to the housing 30 here as feedback insert or
  • a plurality of in a circumferential direction UR (see Figure 5) of the housing 30 distributed fixing units 60 are arranged, each of which provide an axial fixation of the partition wall 40 'to the fluid guide 23.
  • the fixing units 60 each form a radial gap RS in the axial direction AR of the housing 30 bridging projection which, according to this embodiment and as explained in more detail below, is mounted both on the partition wall 40 'and on the Fluidleitelement 23.
  • the fixing units 60 each have one here as a threaded screw
  • Spacer sleeve 62 which is arranged in the radial gap RS on the threaded bolt 61 and which bridges the radial gap RS in the axial direction AR of the housing 30, so that the spacer sleeve 62 abuts both the partition wall 40 'and on the Fluidleitelement 23.
  • the threaded bolt 61 has a at one end of its externally threaded shank portion 61 a and a relative to the shaft portion 61 a formed enlarged head portion 61 b.
  • the threaded bolt 61 is formed from the first subspace 31 (or from the axial portion 10) through a through passage (not designated) in the partition wall 40 '. inserted so that the head portion 61 b on the side of the first subspace 31 in a recess or recess (not labeled) on the partition wall 40 'is supported and the external thread of the shaft portion 61 a with an internal thread (not designated) in the fluid guide element 23 in Intervention is.
  • the spacer sleeve 62 acts on the one hand as a spacer for an axial gap dimension of the radial gap RS and on the other hand ensures an axial
  • twelve (12) fixing units 60 are exemplarily provided, as can be seen in FIG.
  • Threaded bolt exemplarily designed as M48 threaded screw.
  • the axial-radial flow machine 1 designed as an axial-radial compressor is a large-capacity industrial machine having an exemplary outside radial dimension RR of about 4000 mm and a wall thickness S 'of the partition wall 40' of about 250 mm.
  • a weight saving compared to the exemplary axial-radial flow machine of the prior art described above with reference to FIG. 2 of approximately 25 tons is realized.
  • designed as an axial-radial compressor axial-radial flow machine 1 in the operation of this between the axial part 10 and the radial part 20 exemplary one
  • Axial-radial flow machine 1 according to the invention only about 80 percent of the maximum deformation path of the partition wall 40 of the prior art axial-radial flow machine described above with reference to Figure 2.
  • the resulting deformation greatly depends on the structure of the fluid guide member 23 of the radial member 20. That is, the fluid guide element 23 should be as stiff as possible and be able to initiate the attacking forces as well as possible into the outer region of the housing 30, as indicated by the deformation situation illustrated in FIG.
  • the inventors further discovered in investigations that the fixing units 60, in particular their spacers 62, block the flow channel formed by the radial gap RS for a working fluid to be compressed in the radial part 20 only to about 10 percent and the

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
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Abstract

Axial-Radial-Strömungsmaschine (1), aufweisend: einen Axialteil (10) mit wenigstens einer axialen Stufe (11), einen Radialteil (20) mit wenigstens einer radialen Stufe (21), ein Gehäuse (30) mit einem Innenraum, der durch eine sich in einer Radialrichtung erstreckende Trennwand (401) in einer Axialrichtung in einen ersten Teilraum (31), in dem der Axialteil aufgenommen ist, und einen zweiten Teilraum (32) geteilt ist, in dem der Radialteil aufgenommen ist, und eine Welle (50), die sich in Axialrichtung durch den Innenraum und die Trennwand hindurch erstreckt und auf der Laufräder (12, 22) des Axialteils und des Radialteils aufgenommen sind, wobei zwischen der Trennwand und einem zur Trennwand benachbarten, am Gehäuseaxial fixierten, Fluidleitelement (23) des Radialteils ein Radialspalt (RS) gebildet ist, und wobei in dem Radialspalt eine Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung verteilten Fixiereinheiten (60) angeordnet sind, die jeweils eine axiale Fixierung der Trennwand an dem Fluidleitelement bereitstellen.

Description

Axial-Radial-Strömungsmaschine
Die Erfindung betrifft eine Axial-Radial-Strömungsmaschine, die einen Axialteil mit wenigstens einer axialen Stufe sowie einen Radialteil mit wenigstens einer radialen Stufe aufweist.
Eine wie in Fig .1 gezeigte Axial-Radial-Strömungsmaschine 1 weist einen Axialteil 10 mit einer Mehrzahl von axialen Stufen 1 1 , einen Radialteil 20 mit einer
Mehrzahl von radialen Stufen 21 , ein Gehäuse 30 mit einem Innenraum, der durch eine sich in einer Radialrichtung RR des Gehäuses 30 erstreckende Trennwand 40 in einer Axialrichtung AR des Gehäuses 30 in einen ersten Teilraum 31 , in dem der Axialteil 10 aufgenommen ist, und einen zweiten Teilraum 32 geteilt ist, in dem der Radialteil 20 aufgenommen ist, und eine Welle 50 auf, die sich in Axialrichtung AR durch den Innenraum des Gehäuses 30 und dessen Trennwand 40 hindurch erstreckt und auf der Laufräder 12, 22 des Axialteils 10 und des Radialteils 20 aufgenommen sind.
Da sich die Welle 50 durch die Trennwand 40 hindurch erstreckt, wird eine
Festigkeitsstruktur der Trennwand 40 geschwächt, was die Trennwand 40 anfälliger gegen Verformungen z.B. in Axialrichtung AR des Gehäuses 30 macht. Aus diesem Grund wird gemäß dem Stand der Technik die Trennwand 40 mit einer so großen Wandstärke S (siehe Fig.2) ausgebildet, dass Verformungen der Trennwand 40 auf ein zulässiges Maß reduziert werden.
Ein Beispiel für eine solche massive bzw. große Wandstärke S ist in Fig.2 gezeigt, welche eine vergrößerte Teilansicht eines Bereichs A in Fig.1 zeigt. Beispielhaft könnte eine industrielle Großströmungsmaschine eine Außenabmessung in Radialrichtung RR von etwa 4000 mm aufweisen, wobei die Wandstärke S (in Axialrichtung AR der Trennwand 40) etwa 500 mm betragen könnte.
Wie leicht erkennbar, erhöht solche eine Wandstärkenvergrößerung die
Material kosten und das Gewicht der Axial-Radial-Strömungsmaschine 1 erheblich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axial-Radial-Strömungsmaschine bereitzustellen, bei der die Trennwand zuverlässig gegen übermäßige
Verformungen in Axialrichtung des Gehäuses geschützt ist und dadurch eine geringere Wandstärke als beim Stand der Technik aufweisen kann.
Dies wird mit einer Axial-Radial-Strömungsmaschine gemäß Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der Erfindung weist eine Axial-Radial-Strömungsmaschine auf: einen Axialteil mit wenigstens einer axialen Stufe, einen Radialteil mit wenigstens einer radialen Stufe, ein Gehäuse mit einem Innenraum, der durch eine sich in einer Radialrichtung des Gehäuses erstreckende Trennwand in einer Axialrichtung des Gehäuses in einen ersten Teilraum, in dem der Axialteil aufgenommen ist, und einen zweiten Teilraum geteilt ist, in dem der Radialteil aufgenommen ist, und eine Welle, die sich in Axialrichtung durch den Innenraum des Gehäuses und dessen Trennwand hindurch erstreckt und auf der Laufräder des Axialteils und des
Radialteils aufgenommen sind, wobei zwischen der Trennwand und einem zur Trennwand benachbarten am Gehäuse axial fixierten Fluidleitelement des
Radialteils ein Radialspalt gebildet ist, und wobei in dem Radialspalt eine
Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung des Gehäuses verteilten Fixiereinheiten angeordnet sind, die jeweils eine axiale Fixierung der Trennwand an dem
Fluidleitelement bereitstellen. Dadurch, dass gemäß der Erfindung in dem Radialspalt eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Gehäuses verteilten Fixiereinheiten angeordnet sind, die jeweils eine axiale Fixierung der Trennwand gegenüber dem Fluidleitelement bereitstellen, ist die Trennwand zuverlässig gegen übermäßige Verformungen in Axialrichtung des Gehäuses geschützt, wodurch die Trennwand mit einer gegenüber dem Stand der Technik reduzierten Wandstärke ausgebildet sein kann.
Beispielsweise kann bei einer industriellen Großströmungsmaschine, welche beispielhaft eine Abmessung in Radialrichtung von etwa 4000 mm aufweisen könnte, eine Wandstärke (in Axialrichtung) der Trennwand erfindungsgemäß von 500 mm auf etwa 250 mm reduziert sein. Eine solche Wanddickenreduzierung der Trennwand kann somit eine Gewichtsreduzierung der Axial-Radial- Strömungsmaschine von mehreren Tonnen, wie im Beispiel etwa 25 Tonnen, ausmachen.
Darüber hinaus kann durch die Wanddickenreduzierung der Trennwand ein axialer Lagerabstand von Rotationslagern für die die Laufräder tragende Welle (welche gemeinsam den Rotor der Axial-Radial-Strömungsmaschine bilden) geringer ausgeführt werden, womit die gesamte Axial-Radial-Strömungsmaschine kompakter und insbesondere axial kürzer ausgeführt werden kann.
Das Fluidleitelement kann beispielsweise von einer Rückführung bzw. einem Diffusoreinsatz des Radialteils gebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Fixiereinheiten jeweils einen den Radialspalt in Axialrichtung des Gehäuses überbrückenden Vorsprung an der Trennwand und/oder dem Fluidleitelement auf.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung wird auf einfache Weise eine axiale
Fixierung der Trennwand in Form einer axialen Abstützung und/oder axialen Halterung dieser an dem Fluidleitelement bereitgestellt, wodurch axial vom
Axialteil aus in Richtung zum Radialteil hin und/oder vom Radialteil aus in
Richtung zum Axialteil hin auf die Trennwand wirkende Kräfte zuverlässig abgefangen werden können.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung können die Vorsprünge einstückig bzw. integral mit der Trennwand und/oder dem Fluidleitelement (z.B. als Angüsse) ausgebildet sein oder auch als separate Teile an diese(s) montiert sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Fixiereinheiten jeweils einen Gewindebolzen auf, der sich in Axialrichtung des Gehäuses durch die Trennwand und das Fluidleitelement erstreckt, wobei der Gewindebolzen mit wenigstens einem von der Trennwand und dem Fluidleitelement in
Gewindeeingriff steht.
In diesem Fall würde sich der Gewindebolzen bevorzugt an dem jeweils nicht mit diesem in Gewindeeingriff stehenden Teil (Trennwand oder Fluidleitelement) axial abstützen, so dass auch hier eine axiale Fixierung der Trennwand in Form einer axialen Abstützung dieser an dem Fluidleitelement bereitgestellt wäre, wodurch axial vom Axialteil aus in Richtung zum Radialteil hin auf die Trennwand wirkende Kräfte zuverlässig abgefangen werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Gewindebolzen auch sowohl mit der Trennwand als auch mit dem Fluidleitelement in
Gewindeeingriff stehen, womit eine beidseitig axiale Fixierung der Trennwand erzielt wird.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die
Fixiereinheiten ferner jeweils eine Distanzhülse auf, die in dem Radialspalt auf dem Gewindebolzen angeordnet ist und die den Radialspalt in Axialrichtung des Gehäuses überbrückt.
In diesem Fall kann der Gewindebolzen, wenn gewünscht, lediglich als radiale Fixierung der Distanzhülse dienen, da die Distanzhülse axial sowohl an der Trennwand als auch an dem Fluidleitelement anliegt und somit eine axiale
Fixierung der Trennwand in Form einer axialen Abstützung dieser an dem
Fluidleitelement bereitstellt, wodurch axial vom Axialteil aus in Richtung zum Radialteil hin auf die Trennwand wirkende Kräfte zuverlässig abgefangen werden können.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist der Gewindebolzen von einer Gewindeschraube mit einem mit Außengewinde versehenen Schaftabschnitt und einem gegenüber dem Schaftabschnitt vergrößert ausgebildeten
Kopfabschnitt gebildet, wobei der Gewindebolzen von dem ersten Teilraum aus durch eine Durchgangspassage in der Trennwand hindurch eingesetzt ist, so dass sich der Kopfabschnitt auf Seiten des ersten Teilraums an der Trennwand abstützt und das Außengewinde des Schaftabschnitts mit einem Innengewinde im
Fluidleitelement in Eingriff steht.
Diese Ausgestaltung der Erfindung realisiert eine beidseitig axiale Fixierung der Trennwand, wobei sowohl axial in Richtung vom Radialteil aus zum Axialteil hin als auch vom Axialteil aus zum Radialteil hin auf die Trennwand wirkende Kräfte zuverlässig abgefangen werden können.
Genauer gesagt würde in diesem Fall die Distanzhülse einerseits als
Abstandshalter für ein axiales Spaltmaß des Radialspalts und andererseits als Abstützung der Trennwand gegen axial in Richtung vom Axialteil aus zum
Radialteil hin auf die Trennwand wirkende Kräfte wirken. Der Gewindebolzen würde für eine axiale Halterung der Trennwand an dem Fluidleitelement gegen axial in Richtung vom Radialteil aus zum Axialteil hin auf die Trennwand wirkende Kräfte wirken.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Axial-Radial- Strömungsmaschine von einem Axial-Radial-Kompressor gebildet.
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung könnte ein beträchtlicher
Druckunterschied zwischen Axialteil und Radialteil z.B. dadurch entstehen, dass sich eine letzte Stufe des Radialteils benachbart zur Trennwand befindet. In diesem Fall kann es sein, dass, selbst wenn eine letzte Stufe des Axialteils ebenfalls benachbart zur Trennwand angeordnet ist, eine
druckunterschiedbasierte Kraft axial in Richtung vom Radialteil aus zum Axialteil hin auf die Trennwand einwirkt, da mit dem Radialteil höhere Drücke als mit dem Axialteil erzeugbar sind.
Mit der erfindungsgemäßen axialen Fixierung der Trennwand, insbesondere jener mit als Gewindeschraube ausgeführtem Gewindebolzen (mit Kopfabschnitt und Schaftabschnitt), wird auch diese Belastungssituation für die Trennwand zuverlässig abgefangen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.
Fig.1 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht einer Axial-Radial- Strömungsmaschine.
Fig.2 zeigt eine schematische Teilansicht eines Bereichs A der Axial-Radial- Strömungsmaschine von Fig.1 gemäß dem Stand der Technik.
Fig.3 zeigt eine schematische Teilansicht eines Bereichs A der Axial-Radial- Strömungsmaschine von Fig.1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, gesehen in einer ersten Schnittebene. Fig.4 zeigt eine schematische Teilansicht des Bereichs A' der Axial-Radial- Strömungsmaschine von Fig.1 gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung, gesehen in einer zweiten Schnittebene.
Fig.5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, in der die Axial-Radial- Strömungsmaschine gemäß Fig.3 und Fig.4 in Bereich der Trennwand radial aufgeschnitten dargestellt ist.
Fig.6 zeigt eine schematische Teilansicht des Bereichs A' der Axial-Radial- Strömungsmaschine von Fig.1 gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung, wobei eine Verformungssituation der Trennwand dargestellt ist.
In Folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig.1 und die Figuren 3 bis 6 eine Axial- Radial-Strömungsmaschine 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Axial-Radial- Strömungsmaschine 1 von einem Axial-Radial-Kompressor (einem Kompressor mit einem Axial kompressor und einem Radialkompressor, die zu einer Baueinheit zusammengefasst sind) gebildet.
Die erfindungsgemäße Axial-Radial-Strömungsmaschine 1 weist einen Axialteil 10 mit einer Mehrzahl von axialen Stufen 1 1 , einen Radialteil 20 mit einer Mehrzahl von radialen Stufen 21 , ein Gehäuse 30 mit einem Innenraum, der durch eine sich in einer Radialrichtung RR des Gehäuses 30 erstreckende Trennwand 40' in einer Axialrichtung AR des Gehäuses 30 in einen ersten Teilraum 31 , in dem der Axialteil 10 aufgenommen ist, und einen zweiten Teilraum 32 geteilt ist, in dem der Radialteil 20 aufgenommen ist, und eine Welle 50 auf, die sich in Axialrichtung AR durch den Innenraum des Gehäuses 30 und dessen Trennwand 40' hindurch erstreckt und auf der Laufräder 12, 22 des Axialteils 10 und des Radialteils 20 aufgenommen sind.
Der Radialteil 20 der erfindungsgemäßen Axial-Radial-Strömungsmaschine 1 weist ein axial am Gehäuse 30 fixiertes hier als Rückführungseinsatz bzw.
Diffusoreinsatz für die einzelnen Stufen 21 des Radialteils 20 ausgebildetes Fluidleitelement 23 auf, wobei zwischen der Trennwand 40' und einem zur
Trennwand 40' benachbarten Abschnitt des Fluidleitelements 23 des Radialteils 20 ein Radialspalt RS gebildet ist, welcher in einen Diffusorkanal 24 des Radialteils 20 mündet.
In dem Radialspalt RS sind eine Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung UR (siehe Fig.5) des Gehäuses 30 verteilten Fixiereinheiten 60 angeordnet, die jeweils eine axiale Fixierung der Trennwand 40' an dem Fluidleitelement 23 bereitstellen.
Wie z.B. aus Fig.3 ersichtlich, bilden die Fixiereinheiten 60 jeweils einen den Radialspalt RS in Axialrichtung AR des Gehäuses 30 überbrückenden Vorsprung, welcher gemäß dieser Ausführungsform und wie nachstehend noch detaillierter erläutert sowohl an der Trennwand 40' als auch an dem Fluidleitelement 23 montiert ist.
Die Fixiereinheiten 60 weisen jeweils einen hier als Gewindeschraube
ausgebildeten Gewindebolzen 61 , der sich in Axialrichtung AR des Gehäuses 30 durch die Trennwand 40' und das Fluidleitelement 23 erstreckt, und eine
Distanzhülse 62 auf, die in dem Radialspalt RS auf dem Gewindebolzen 61 angeordnet ist und die den Radialspalt RS in Axialrichtung AR des Gehäuses 30 überbrückt, so dass die Distanzhülse 62 sowohl an der Trennwand 40' als auch an dem Fluidleitelement 23 anliegt.
Der Gewindebolzen 61 weist einen an einem Ende dessen mit Außengewinde versehenen Schaftabschnitt 61 a und einen gegenüber dem Schaftabschnitt 61 a vergrößert ausgebildeten Kopfabschnitt 61 b auf.
Der Gewindebolzen 61 ist von dem ersten Teilraum 31 aus (bzw. von dem Axialteil 10 aus) durch eine Durchgangspassage (nicht bezeichnet) in der Trennwand 40' hindurch derart eingesetzt, dass sich der Kopfabschnitt 61 b auf Seiten des ersten Teilraums 31 in einer Ausnehmung bzw. Vertiefung (nicht bezeichnet) an der Trennwand 40' abstützt und das Außengewinde des Schaftabschnitts 61 a mit einem Innengewinde (nicht bezeichnet) im Fluidleitelement 23 in Eingriff steht.
Auf diese Weise bildet der Gewindebolzen 61 in Bezug auf axial vom Radialteil 20 aus in Richtung zum Axialteil 20 hin auf die Trennwand 40' einwirkende Kräfte einen Zuganker, welcher diese Kräfte zuverlässig aufnimmt und somit eine übermäßige Verformung der Trennwand 40' axial in Richtung zum Axialteil 10 hin verhindert.
Andererseits wirkt die Distanzhülse 62 einerseits als Abstandshalter für ein axiales Spaltmaß des Radialspalts RS und gewährleistet andererseits eine axiale
Abstützung der Trennwand 40' gegen axial in Richtung vom Axialteil 10 aus zum Radialteil 20 hin auf die Trennwand 40' wirkende Kräfte, wie hier z.B. die durch ein Anziehen des Gewindebolzens 61 durch dessen Kopfabschnitt 61 b auf die Trennwand 40' ausgeübten Kräfte.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung sind exemplarisch zwölf (12) Fixiereinheiten 60 vorgesehen, wie in Fig.5 ersichtlich, wobei der
Gewindebolzen exemplarisch jeweils als M48 Gewindeschraube ausgebildet ist.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung ist die als Axial- Radial-Kompressor ausgebildete Axial-Radial-Strömungsmaschine 1 eine industrielle Großströmungsmaschine mit einer exemplarischen Außenabmessung in Radialrichtung RR von etwa 4000 mm und einer Wandstärke S' der Trennwand 40' von etwa 250 mm. Damit ist bei der erfindungsgemäßen Axial-Radial- Strömungsmaschine 1 eine Gewichtseinsparung gegenüber der eingangs mit Bezug auf Fig.2 beschriebenen exemplarischen Axial-Radial-Strömungsmaschine aus dem Stand der Technik von etwa 25 Tonnen realisiert. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die als Axial-Radial- Kompressor ausgebildete Axial-Radial-Strömungsmaschine 1 im Betrieb dieser zwischen dem Axialteil 10 und dem Radialteil 20 exemplarischen einen
Druckunterschied von etwa 14 bar aufweisen, wobei exemplarisch im Radialteil 20 der höhere Druck vorhanden ist.
Dieser Druckunterschied führt zu einer Verformung der Trennwand 40' in Richtung zum Axialteil 10 hin. Allerdings haben von den Erfindern durchgeführte
Untersuchungen ergeben, dass durch die Fixiereinheiten 60 diese Verformung der Trennwand 40' in akzeptablen Grenzen gehalten und bei gleichen
Betriebsbedingungen gegenüber einer Verformung der Trennwand 40 der eingangs mit Bezug auf Fig.2 beschriebenen Axial-Radial-Strömungsmaschine aus dem Stand der Technik sogar reduziert werden konnte.
Genauer gesagt wurden (bei einem um ca. 14 bar höheren Druck im Radialteil 20 als im Axialteil 10 bei einer Axial-Radial-Strömungsmaschine mit ca. 4000 mm Außenabmessung) bei der Trennwand 40' (mit 250 mm Wandstärke) der erfindungsgemäßen Axial-Radial-Strömungsmaschine 1 an einem zur Welle 50 benachbarten Ende der Trennwand 40' ein maximaler Verformungsweg der Trennwand 40' zum Axialteil 10 hin von etwa 1 ,3 mm sowie eine maximale
Zugspannung im Gewindebolzen 61 von etwa 700 N/mm2 gemessen.
Andererseits wurde (bei einem um ca. 14 bar höheren Druck im Radialteil 20 als im Axialteil 10 bei einer Axial-Radial-Strömungsmaschine mit ca. 4000 mm
Außenabmessung) bei der Trennwand 40 (mit 500 mm Wandstärke) der eingangs mit Bezug auf Fig.2 beschriebenen Axial-Radial-Strömungsmaschine aus dem Stand der Technik an einem zur Welle 50 benachbarten Ende der Trennwand 40 ein maximaler Verformungsweg der Trennwand 40 zum Axialteil 10 hin von etwa 1 ,7 mm gemessen. Damit beträgt der maximale Verformungsweg der Trennwand 40' der
erfindungsgemäßen Axial-Radial-Strömungsmaschine 1 nur etwa 80 Prozent des maximalen Verformungsweges der Trennwand 40 der eingangs mit Bezug auf Fig.2 beschriebenen Axial-Radial-Strömungsmaschine aus dem Stand der Technik.
Von den Erfindern wurde im Rahmen von Untersuchungen ferner erkannt, dass die resultierende Verformung (z.B. der Verformungsweg) stark vom Aufbau des Fluidleitelements 23 des Radialteils 20 abhängt. D.h., das Fluidleitelement 23 sollte möglichst steif ausgebildet sein und die angreifenden Kräfte möglichst gut in den Außenbereich des Gehäuses 30 einleiten können, wie durch die in Fig.6 dargestellte Verformungssituation angedeutet.
Abschließend wurde von den Erfindern im Rahmen von Untersuchungen ferner erkannt, dass die Fixiereinheiten 60, insbesondere deren Distanzhülsen 62, den vom Radialspalt RS gebildeten Strömungskanal für ein im Radialteil 20 zu verdichtendes Arbeitsfluid nur zu etwa 10 Prozent sperren und sich der
Wirkungsgrad des Radialteils 20 durch die Fixiereinheiten 60 nur um wenige Zehntel-Prozent vermindert.
Bezugszeichenliste
1 Axial-Radial-Strömungsmaschine
10 Axialteil
1 1 axiale Stufe
12 Laufrad
20 Radialteil
21 radiale Stufe
22 Laufrad
23 Fluidleitelement
24 Diffusorkanal
30 Gehäuse
31 erster Teilraum
32 zweiter Teilraum
40 Trennwand
40' Trennwand
50 Welle
60 Fixiereinheit
61 Gewindebolzen
61 a Schaftabschnitt
61 b Kopfabschnitt
62 Distanzhülse
RS Radialspalt
S Wandstärke
S' Wandstärke
AR Axialrichtung
RR Radialrichtung
UR Umfangsrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Axial-Radial-Strömungsmaschine (1 ), aufweisend:
einen Axialteil (10) mit wenigstens einer axialen Stufe (1 1 ),
einen Radialteil (20) mit wenigstens einer radialen Stufe (21 ),
ein Gehäuse (30) mit einem Innenraum, der durch eine sich in einer Radialrichtung (RR) des Gehäuses (30) erstreckende Trennwand (40') in einer Axialrichtung (AR) des Gehäuses (30) in einen ersten Teilraum (31 ), in dem der Axialteil (10) aufgenommen ist, und einen zweiten Teilraum (32) geteilt ist, in dem der Radialteil (20) aufgenommen ist, und
eine Welle (50), die sich in Axialrichtung (AR) durch den Innenraum des Gehäuses (30) und dessen Trennwand (40') hindurch erstreckt und auf der Laufräder (12, 22) des Axialteils (10) und des Radialteils (20) aufgenommen sind, wobei zwischen der Trennwand (40') und einem zur Trennwand (40') benachbarten am Gehäuse (30) axial fixierten Fluidleitelement (23) des Radialteils (20) ein Radialspalt (RS) gebildet ist, und
wobei in dem Radialspalt (RS) eine Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung (UR) des Gehäuses (30) verteilten Fixiereinheiten (60) angeordnet sind, die jeweils eine axiale Fixierung der Trennwand (40') an dem Fluidleitelement (23) bereitstellen.
2. Axial-Radial-Strömungsmaschine (1 ) gemäß Anspruch 1 , wobei die
Fixiereinheiten (60) jeweils einen den Radialspalt (RS) in Axialrichtung (AR) des Gehäuses (30) überbrückenden Vorsprung an der Trennwand (40') und/oder dem Fluidleitelement (23) aufweisen.
3. Axial-Radial-Strömungsmaschine (1 ) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Fixiereinheiten (60) jeweils einen Gewindebolzen (61 ) aufweisen, der sich in Axialrichtung (AR) des Gehäuses (30) durch die Trennwand (40') und das Fluidleitelement (23) erstreckt, und wobei der Gewindebolzen (61 ) mit wenigstens einem von der Trennwand (40') und dem Fluidleitelement (23) in Gewindeeingriff steht.
4. Axial-Radial-Strömungsmaschine (1 ) gemäß Anspruch 3, wobei die Fixiereinheiten (60) ferner jeweils eine Distanzhülse (62) aufweisen, die in dem Radialspalt (RS) auf dem Gewindebolzen (61 ) angeordnet ist und die den
Radialspalt (RS) in Axialrichtung (AR) des Gehäuses (30) überbrückt.
5. Axial-Radial-Strömungsmaschine (1 ) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei der Gewindebolzen (61 ) von einer Gewindeschraube mit einem mit Außengewinde versehenen Schaftabschnitt (61 a) und einem gegenüber dem Schaftabschnitt (61 a) vergrößert ausgebildeten Kopfabschnitt (61 b) gebildet ist, wobei der Gewindebolzen (61 ) von dem ersten Teilraum (31 ) aus durch eine
Durchgangspassage in der Trennwand (40') hindurch eingesetzt ist, so dass sich der Kopfabschnitt (61 b) auf Seiten des ersten Teilraums (31 ) an der Trennwand (40') abstützt und das Außengewinde des Schaftabschnitts (61 a) mit einem Innengewinde im Fluidleitelement (23) in Eingriff steht.
6. Axial-Radial-Strömungsmaschine (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Axial-Radial-Strömungsmaschine (1 ) von einem Axial-Radial- Kompressor gebildet ist.
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