EP2773854A2 - Turbomachine - Google Patents

Turbomachine

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EP2773854A2
EP2773854A2 EP12781313.7A EP12781313A EP2773854A2 EP 2773854 A2 EP2773854 A2 EP 2773854A2 EP 12781313 A EP12781313 A EP 12781313A EP 2773854 A2 EP2773854 A2 EP 2773854A2
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EP
European Patent Office
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impeller
blade
rotation
axis
turbomachine according
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EP12781313.7A
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Frank Eckert
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Duerr Cyplan Ltd
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Duerr Cyplan Ltd
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Abstract

The invention relates to a turbomachine (10) having a housing (12) which has a housing duct (24) for the inflow or outflow of working medium and which has a rotor (16), the rotor being arranged so as to be rotatable about an axis of rotation (18) and having a plurality of rotor blades (28) which form rotor blade ducts (84). The rotor blade ducts (84) communicate with the housing duct (24) via guide blade ducts (42) formed in the housing.

Description

Strömungsmaschine Beschreibung  Turbomachine Description
Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einem Gehäuse, das einen Gehäusekanal für das Ein- oder Ausströmen von Arbeitsmedium hat, und mit einem drehbar um eine Rotationsachse angeordneten Laufrad, das eine Vielzahl von Laufradschaufeln aufweist, die Laufradschaufelkanäle bilden.  The invention relates to a turbomachine having a housing which has a housing channel for the in-flow of working fluid, and having an impeller rotatably disposed about a rotation axis and having a plurality of impeller vanes forming impeller vane channels.
Derartige Strömungsmaschinen mit einem Gehäuse und einem Laufrad sind bekannt (JP 9 264 106 A). Damit kann die Druckenergie von Arbeitsmedium in mechanische Arbeit und umgekehrt gewandelt werden. Bei derartigen Strömungsmaschinen besteht das Problem, dass wenn die Laufradschaufeln mit Arbeitsmedium beaufschlagt werden, das schneller strömt als die Schallgeschwindigkeit (Überschallströmung), der Wirkungsgrad für das Umwandeln von Druckenergie in diesen Strömungsmaschinen und damit das Leistungsvermögen dieser Strömungsmaschinen aufgrund von Druckstößen absinkt. Such turbomachines with a housing and an impeller are known (JP 9 264 106 A). Thus, the pressure energy of working fluid can be converted into mechanical work and vice versa. In such turbomachines, there is the problem that when the impeller blades are charged with working fluid that flows faster than the sonic velocity (supersonic flow), the efficiency for converting pressure energy in these turbomachines and thus the performance of these turbomachines due to pressure surges decreases.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strömungsmaschine mit einem hohen Wirkungsgrad bereitzustellen, in der die Laufradschaufeln mit einer Über- schallströmung beaufschlagt werden können. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Strömungsmaschine bereitzustellen, die sich für den Einsatz als Turbine oder Verdichter in einer ORC-Anlage eignet. The object of the invention is to provide a turbomachine with a high efficiency, in which the impeller blades can be acted upon with a supersonic flow. In particular, it is an object of the invention to provide a turbomachine suitable for use as a turbine or compressor in an ORC plant.
Diese Aufgabe wird durch eine Strömungsmaschine der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Laufradschaufelkanäle über gehäusefeste Leitschaufelkanäle, die eine laufradseitige Leitschaufelkanalöffnung und eine gehäu- sekanalseitige Leitschaufelkanalöffnung haben, mit dem Gehäusekanal kommunizieren. Der Erfindung liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, dass die Arbeitsmedien in sogenannten ORC-Anlagen (ORC = Organic Rankine Cycle), in denen mit einem thermodynamischen Kreisprozess unter Verwendung eines in einem Kreislauf geführten organischen Arbeitsmediums in Form von z.B. Butan, Toluol, Silikonöl, Ammoniak, Methylcyclohexan oder Ethylbenzol, die in der Regel eine in Bezug auf Wasser niedrige Verdampfungstemperatur haben, und in denen die Schallgeschwindigkeit niedrig ist, Wärme in mecha- nische Energie gewandelt werden kann (ORC-Kreisprozess). Dies hat zur Folge, dass schon bei vergleichsweise niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten in Strömungsmaschinen, die in solchen Anlagen betrieben werden, Verluste auftreten können, welche die Effizienz einer solchen Anlage beeinträchtigen. This object is achieved by a turbomachine of the aforementioned type, in which the impeller blade channels communicate with the housing channel via housing-fixed guide blade channels which have an impeller-side guide-blade channel opening and a housing-channel-side guide blade channel opening. The invention is based in particular on the idea that the working media in so-called ORC systems (ORC = Organic Rankine Cycle), in those with a thermodynamic cyclic process using a recycled organic working medium in the form of, for example, butane, toluene, silicone oil, ammonia, methylcyclohexane or ethylbenzene, which generally have a low evaporation temperature with respect to water, and in which the speed of sound is low , Heat can be converted into mechanical energy (ORC cycle). This has the consequence that even at comparatively low flow velocities in turbomachines that are operated in such systems, losses may occur, which affect the efficiency of such a system.
Um die Strömungsverluste in einer Strömungsmaschine klein zu halten, hat die Strömungsmaschine ein Gehäuse mit Leitschaufelkanälen, die derart gestaltet sind, dass einem Ausbilden von in die Leitschaufelkanäle koalierenden, d.h. in den Leitschaufelkanälen zusammenlaufenden Druckstößen entgegengewirkt wird. In order to minimize flow losses in a turbomachine, the turbomachine has a housing with vane channels configured to coalesce, i.e., coalesce into the vane channels. counteracts in the guide vane channels converging pressure surges.
Die Leitschaufel kanäle sind deshalb erfindungsgemäß als Lavaldüse oder ähnlich einer Lavaldüse gestaltet, d.h. als ein Strömungsorgan, das eine Engstelle hat und das bei einem Betrieb der Strömungsmaschine als Turbine in Strömungsrichtung gesehen vor der Engstelle einen konvergenten Querschnitt und hinter der Engstelle einen divergenten Querschnitt aufweist. Der Übergang von dem konvergenten zu dem divergenten Abschnitt der Leitschaufelkanäle ist allmählich. In den Leitschaufelkanälen kann damit ein durchströmendes Fluid auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden, ohne dass es zu starken Verdichtungsstößen kommt. Die Schallgeschwindigkeit wird genau im engsten Querschnitt der Düse erreicht. Der Querschnitt der Leitschaufelkanäle ist bevorzugt eckig. Es ist allerdings auch möglich, die Leitschaufelkanäle mit einem runden Querschnitt auszuführen. Die Leitschaufelkanäle haben bevorzugt eine dem Laufrad zugewandte von Arbeits- medium anströmbare konkave Wandfläche. Die dem Laufrad abgewandte Wandfläche der Leitschaufelkanäle, die von Arbeitsmedium angeströmt wer- den kann, ist demgegenüber konvex. Dabei haben die Leitschaufel kanäle in einer den Laufradkanälen zugewandten Strömungsrichtung für Arbeitsmedium einen Strömungsquerschnitt, der monoton zunimmt. Hierfür können die Leitschaufelkanäle in der den Laufradkanälen zugewandten Strömungsrichtung für Arbeitsmedium eine Breite in der zu der Rotationsachse senkrechten Ebene haben, die monoton zunimmt und/oder die Leitschaufelkanäle können in dieser Richtung eine Höhe in der Richtung der Rotationsachse haben, die entsprechend monoton ansteigt. The guide vane channels are therefore designed according to the invention as a Laval nozzle or similar to a Laval nozzle, ie as a flow member, which has a bottleneck and when operating the turbomachine as a turbine in the flow direction before the bottleneck has a convergent cross section and behind the bottleneck a divergent cross section. The transition from the convergent to the divergent section of the vane channels is gradual. In the guide vane channels so that a fluid flowing through can be accelerated to supersonic speed, without causing excessive compression shocks. The speed of sound is reached exactly in the narrowest section of the nozzle. The cross-section of the guide vane channels is preferably angular. However, it is also possible to carry out the guide vane channels with a round cross section. The guide vane channels preferably have a concave wall surface facing the impeller and to which the working medium can flow. The wall surface of the guide vane channels facing away from the impeller, which are flown by working medium. can, is convex on the other hand. In this case, the guide vane channels in a direction of the impeller channels facing flow direction for working fluid has a flow cross-section which increases monotonously. For this purpose, the guide vane ducts in the working medium flow direction facing the impeller passages may have a width in the plane perpendicular to the axis of rotation which increases monotonically and / or the vane passages may have a height in the direction of the axis of rotation in this direction which increases correspondingly monotonically.
Die Leitschaufelkanäle können jeweils eine von einer dem Laufrad zuge- wandten Wandfläche und von einer dem Laufrad abgewandten Wandfläche gleichmäßig beabstandete Mitte haben, die das Querschnittsprofil eines Leitschaufelkanals in einen gehäusekanalseitigen Abschnitt und einen laufrad- seitigen Abschnitt teilt, wobei das Querschnittsprofil eines jeden Leitschaufelkanals in Bezug auf die Mitte unsymmetrisch ist. Dabei haben der gehäu- sekanalseitige Abschnitt und der laufradseitige Abschnitt bevorzugt jeweils eine freie Querschnittsfläche für das Hindurchtreten von Arbeitsmedium, wobei die freie Querschnittsfläche des laufradseitigen Abschnitts größer ist als die freie Querschnittsfläche des gehäusekanalseitigen Abschnitts. Das Querschnittsprofil eines Leitschaufel kanals kann insbesondere trapezförmig sein. The vane channels may each have a center evenly spaced from a wall surface facing the impeller and a wall surface facing away from the impeller, which divides the cross-sectional profile of a nozzle channel into a housing channel side portion and an impeller side portion, the cross sectional profile of each nozzle channel being related is asymmetrical to the middle. In this case, the housing-side portion and the impeller-side portion preferably each have a free cross-sectional area for the passage of working fluid, wherein the free cross-sectional area of the impeller-side portion is greater than the free cross-sectional area of the housing channel-side portion. The cross-sectional profile of a guide blade channel may in particular be trapezoidal.
Eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine kann insbesondere als sogenannte Gleichdruck- oder Impulsturbine betrieben werden, in der ein gas- und/oder dampfförmiges Arbeitsmedium unter Verringerung seines Druckes und der damit verbundenen Expansion zwischen den Leitschaufeln in den Leitschaufelkanälen beschleunigt wird, um dann auf die Laufschaufeln des Laufrads aufzutreffen. Dies führt zu einem Impulsübertrag auf das Laufrad, so dass damit auf eine an das Laufrad angeschlossene Abtriebswelle ein Drehmoment ausgeübt werden kann. Die hieraus resultierende mechanische Leistung kann dann genutzt werden, um z.B. einen Generator für das Erzeu- gen von elektrischer Energie anzutreiben. Um bei dem Beaufschlagen der Laufradschaufeln mit dem Arbeitsmedium eine resultierende Kraft in Drehrichtung des Laufrades zu erhalten, ist es von Vorteil, wenn ein möglichst großer Teil der aus einem Leitschaufelkanal austretenden Strömung für ein Arbeitsmedium einen möglichst idealen Winkel zum Schaufelrad hat. Erfindungsgemäß sind deshalb die Leitschaufelkanäle der Strömungsmaschine so gestaltet, dass das Arbeitsmedium mit einer Strömung auf das Schaufelrad geführt wird, die eine zu dem Radius des Laufrades senkrechte Strömungskomponente hat. Eine Idee der Erfindung ist es dabei insbesondere, das Arbeitsmedium durch Leitschaufelkanäle auf das Laufrad zu führen, die in einer zu der Rotationsachse des Laufrades senk- rechten Ebene liegen und zu dem Laufrad hin gekrümmt sind. Der Erfinder hat nämlich erkannt, dass wenn das Arbeitsmedium auf einem geraden Strömungsweg auf das Laufrad geführt wird, an dem in Strömungsrichtung liegenden Ende eines entsprechenden Leitschaufelkanals nur ein vergleichsweise geringer Teil der Strömung den idealen Winkel zu dem Laufrad hin hat. Der Teil der Strömung, welcher den Leitschaufeln am nächsten ist, hat hier entweder eine zu geringe oder zu starke Neigung zum Schaufelrad hin. Insbesondere bei Überschallströmungen hat dies zur Folge, dass starke Druckstöße zwischen Lauf- und Leitbeschaufelung auftreten, welche den Wirkungsgrad der Strömungsmaschine beeinträchtigen. A turbomachine according to the invention can be operated in particular as a so-called constant-pressure or impulse turbine, in which a gas and / or vaporous working medium is accelerated while reducing its pressure and the associated expansion between the guide vanes in the guide vane channels, in order then to impinge on the blades of the impeller , This leads to a momentum transfer to the impeller so that a torque can be exerted on an output shaft connected to the impeller. The resulting mechanical power can then be used, for example, to drive a generator for the generation of electrical energy. In order to obtain a resultant force in the direction of rotation of the impeller when the impeller blades are exposed to the working fluid, it is advantageous if the largest possible part of the flow leaving a guide vane duct for a working medium has an angle which is as ideal as possible for the impeller. According to the invention, therefore, the guide vanes of the turbomachine are designed so that the working fluid is guided with a flow to the impeller, which has a vertical to the radius of the impeller flow component. One idea of the invention is, in particular, to guide the working medium through guide vanes onto the impeller, which lie in a plane perpendicular to the axis of rotation of the impeller and are curved towards the impeller. Namely, the inventor has recognized that when the working fluid is directed onto the impeller in a straight flow path, only a comparatively small portion of the flow has the ideal angle to the impeller at the downstream end of a corresponding vane passage. The part of the flow which is closest to the vanes has either too little or too much inclination towards the impeller. In particular, in supersonic flows, this has the consequence that strong pressure surges between running and Leitbeschaufelung occur, which affect the efficiency of the turbomachine.
Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, die Leitschaufelkanäle mit auf einer zur der Rotationsachse koaxial angeordneten Zylindermantelfläche liegenden gehäusekanalseitigen Öffnungen auszubilden und das Arbeitsmedium in der Mitte mit einem Strömungsweg zu führen, der die Zylindermantel- fläche in einem Schnittpunkt durchsetzt, in dem die Tangente an dem Strömungsweg und die in einer zu der Rotationsachse senkrechten Ebene liegenden Tangente an die Zylinderfläche einen Winkel α bilden, für den gilt 5°<a1 <20°, vorzugswese cd =12°. Auf diese Weise wird ein hoher Impulsübertrag zwischen dem Laufrad und Arbeitsmedium ermöglicht. Hier ist es von Vorteil, wenn die Leitschaufelkanäle auf einer zu der Rotationsachse koaxial angeordneten Zylindermantelfläche liegende laufradseitige Leitschau- felkanalöffnungen haben und das Arbeitsmedium in der Mitte mit einem Strömungsweg führen, der die Zylindermantelfläche in einem Schnittpunkt durchsetzt, in dem die Tangente an den Strömungsweg und die in einer zu der Rotationsachse senkrechten Ebene liegende Tangente an die Zylinderfläche einen Winkel a2 bilden, für den gilt 5°<a2<20°, vorzugsweise a2=12°. According to the invention, it is therefore proposed to form the guide vane channels with openings on one side of the housing channel lying on a cylinder surface arranged coaxially to the axis of rotation and to guide the working medium in the middle with a flow path which passes through the cylinder surface at an intersection in which the tangent to the flow path and the lying in a plane perpendicular to the axis of rotation plane tangent to the cylinder surface form an angle α, for which applies 5 ° <a1 <20 °, vorzugswese cd = 12 °. In this way, a high momentum transfer between the impeller and working fluid is made possible. In this case, it is advantageous if the guide vane channels are located on a wheel-side guide side lying on a cylinder jacket surface arranged coaxially to the rotation axis. felkanalöffnungen and the working medium in the middle lead with a flow path which passes through the cylinder surface at an intersection in which the tangent to the flow path and lying in a plane perpendicular to the axis of rotation perpendicular to the tangent surface to the cylindrical surface form an angle a2, applies to the applies 5 ° <a2 <20 °, preferably a2 = 12 °.
Von Vorteil ist es, wenn die Laufradschaufeln eine im Wesentlichen sichelförmige Querschnittskontur aufweisen und eine konkave Schaufelfläche haben, die sich von einer den Leitschaufelkanälen zugewandten ersten Schaufelkante zu einer den Schaufelkanälen abgewandten zweiten Schaufelkante erstreckt, wobei eine in einer zu der Rotationsachse senkrechten Ebene liegende Tangente an der ersten Schaufel kante, die an die konkave Schaufelfläche angelegt ist, mit einer die erste Schaufelkante durchsetzenden und die Rotationsachse senkrecht schneidenden Geraden einen stumpfen Winkel /?ΐ=β1 +90ο bildet, für den gilt: 5°</?ΐ-90ο<45ο, insbesondere 20°</?ΐ-90ο<40ο, vorzugsweise /?ΐ-90ο=29°. Von Vorteil ist es insbesondere, wenn dabei eine in einer zu der Rotationsachse senkrechten Ebene liegende an der zweiten Schaufelkante an die konkave Schaufelfläche angelegte Tangente mit einer die zweite Schaufelkante durchsetzenden und die Rotationsachse senkrecht schneidenden Geraden einen spitzen Winkel /?2=90°-ß2 bildet, für den gilt: 5°<90 -ß2<90°, insbesondere 35°<90 -/?2<35°,vorzugsweise 90 -/?2=40,5°. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn der stumpfe Winkel /?l=ß1 +90° und der spitze Winkel /?2=90°-ß2 folgender Beziehung genügen: ßl <180°-/?2, d.h. ß1 <ß2. Damit lässt sich ein besonders hoher energetischer Wirkungsgrad der Strömungsmaschine erreichen. It is advantageous if the impeller blades have a substantially crescent-shaped cross-sectional contour and have a concave blade surface which extends from a first blade edge facing the guide blade channels to a second blade edge facing away from the blade channels, wherein a lying in a direction perpendicular to the axis of rotation plane tangent the first blade edge, which is applied to the concave blade surface, with an edge passing through the first blade edge and perpendicularly intersecting the axis of rotation forms an obtuse angle / ΐ = β1 + 90 ο , for which the following applies: 5 ° </> ΐ-90 ο <45 ο , especially 20 ° </? ΐ-90 ο <40 ο , preferably /? ΐ-90 ο = 29 °. It is particularly advantageous if in this case a tangent lying in a plane perpendicular to the axis of rotation at the second blade edge to the concave blade surface with a straight line intersecting the second blade edge and perpendicularly intersecting the axis of rotation forms an acute angle .theta.2 = 90.degree for which applies: 5 ° <90 -β2 <90 °, in particular 35 ° <90 - /? 2 <35 °, preferably 90 - /? 2 = 40.5 °. In particular, it is advantageous if the obtuse angle /? L = β1 + 90 ° and the acute angle /? 2 = 90 ° -β2 satisfy the following relation: β1 <180 ° - /? 2, ie β1 <β2. This makes it possible to achieve a particularly high energy efficiency of the turbomachine.
Der Erfinder hat erkannt, dass wenn der Abstand r2 der den Leitschaufelkanälen zugewandten ersten Schaufel kante einer jeden Laufradschaufel von der Rotationsachse und der Abstand n der den Leitschaufelkanälen abgewandten zweiten Schaufel kante einer jeden Laufradschaufel von der Rotati- onsachse folgender Beziehung genügt: 70% < r1/r2 < 80%, vorzugsweise r1/r2 « 75%, die Laufradschaufel kanäle eine für mit Überschallgeschwindigkeit strömendes Arbeitsmedium günstige Länge haben, die einem adiabatischen entspannen des Arbeitsmediums förderlich ist. Der Erfinder hat herausgefunden, dass indem die Anzahl Z der Laufradschaufeln des Laufrads der Beziehung Z « C x r1/r2 genügt, wobei C eine Konstante mit 70 < C < 90 ist, die Drehmomentübertragung zwischen dem Laufrad und einem Arbeitsmedium maximiert werden kann, ohne dass übermäßige Strömungsverluste auftreten. The inventor has recognized that when the distance r 2 of the first blade edge of each impeller vane facing the vane channels from the axis of rotation and the distance n of the second vane edge of each impeller vane facing away from the vane channels from the axis of rotation satisfies the following relationship: 70% < r1 / r2 <80%, preferably r1 / r2 « 75%, the impeller blade channels have a favorable for supersonic speed working fluid, which is conducive to an adiabatic relax the working fluid. The inventor has found that by having the number Z of impeller vanes satisfy the relation Z << C xr1 / r2, where C is a constant of 70 <C <90, torque transmission between the impeller and a working medium can be maximized without that excessive flow losses occur.
Darüber hinaus hat der Erfinder erkannt, dass es dem energetischen Wir- kungsgrad der Strömungsmaschine förderlich ist, wenn der Abstand r2 der den Leitschaufelkanälen zugewandten ersten Schaufelkante einer jeden Laufradschaufel von der Rotationsachse und die zu der Rotationsachse parallele Höhe hE der ersten Schaufelkante einer jeden Laufradschaufel folgender Beziehung genügt: 12% < hE/r2 ^ 28%. In addition, the inventor has recognized that it is conducive to the energetic efficiency of the turbomachine when the distance r 2 of the first blade edge of each impeller blade facing the guide vanes from the axis of rotation and the parallel height h E of the first blade edge of each Impeller blade satisfies the following relationship: 12% <h E / r 2 ^ 28%.
Die Schaufelflächen der Laufradschaufeln können zu der Rotationsachse des Laufrades parallel sein. Damit wird ein einfaches Herstellen der Laufradschaufeln ermöglicht. Das Laufrad hat eine die Laufradschaufeln aufnehmenden Laufradschaufelträger mit einer rotationssymmetrischen von Ar- beitsmedium anströmbaren Leitkontur, die einen Strömungsweg für Arbeitsmedium zwischen den Laufradkanälen und einem Diffusor umlenkt. Indem sich die Leitkontur des Schaufelträgers in den Diffusor erstreckt, ist es möglich, eine Verwirbelung von Arbeitsmedium zu vermeiden, das aus den Laufradschaufelkanälen austritt. Bei der Strömungsmaschine können die Lauf- radschaufeln an dem Laufradschaufelträger lösbar festgelegt oder mit diesem stoffschlüssig verbunden sein. Die Leitschaufelkanäle in dem Gehäuse der Strömungsmaschine sind günstigerweise mit einem an einem ringförmigen Leitschaufelträger aufgenommenen mittels einer Abdeckung abgedeckten spiralförmig verlaufenden Leitschaufeln gebildet, die eine der Rotations- achse abgewandte konvexe Schaufelfläche haben. Die Leitschaufeln und der Leitschaufelträger können dabei stoffschlüssig verbunden sein. Die Leit- schaufeln haben Schaufelflächen, die zu der Rotationsachse parallel sind. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Laufleitschaufeln kann hier in einer den Laufradkanälen zugewandten Richtung der Strömung von Arbeitsmedium zunehmen. Die Höhe der Leitschaufeln nimmt dabei zumindest bis zu einer Engstelle in einem bestimmten radialen Abstand von der Rotations- achse mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse ab. Der Leitschaufelträger und die Abdeckung definieren bevorzugt einen zu dem Gehäusekanal geöffneten und in die Leitschaufelkanäle mündenden Ausgleichsraum mit einem sich in der zu der Rotationsachse weisenden Richtung verjüngenden Querschnitt. The blade surfaces of the impeller blades may be parallel to the axis of rotation of the impeller. This allows a simple manufacture of the impeller blades. The impeller has an impeller blade carrier which receives the impeller blades and has a rotationally symmetrical guide contour that can be flowed through by working medium, which deflects a flow path for working medium between the impeller channels and a diffuser. By extending the guide contour of the blade carrier in the diffuser, it is possible to avoid a swirling of working medium, which emerges from the impeller blade channels. In the case of the turbomachine, the rotor blades can be releasably fixed to the impeller blade carrier or can be materially connected to it. The vane channels in the housing of the turbomachine are conveniently formed with a covered by an annular guide blade carrier covered by a cover spiral-shaped vanes having a rotation axis of the facing away from the convex blade surface. The guide vanes and the guide blade carrier can be connected cohesively. The guiding Blades have blade surfaces parallel to the axis of rotation. The distance between two adjacent guide vanes may increase here in a direction of the impeller channels facing the flow of working fluid. The height of the guide vanes decreases at least to a constriction at a certain radial distance from the axis of rotation with increasing distance from the axis of rotation. The vane support and the cover preferably define a compensating space opened to the housing channel and opening into the guide vane channels, with a cross-section tapering in the direction pointing to the axis of rotation.
Der Leitschaufelträger und die Leitschaufeln können insbesondere aus einem einstückigen Rohrstutzen mittels Erodieren und/oder Fräsen und/oder Elisieren gefertigt werden, was eine kostengünstige Herstellung ermöglicht. Die Strömungsmaschine eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem ORC-Kreisprozess oder als Verdichter für das Verdichten von organische Bestandteile enthaltendem, gasförmigem Medium. The guide vane carrier and the guide vanes can in particular be manufactured from an integral pipe socket by means of erosion and / or milling and / or Elisieren, which allows a cost-effective production. The turbomachine is particularly suitable for use in an ORC cycle or as a compressor for compressing gaseous medium containing organic constituents.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden nachfolgend beschrieben: Advantageous embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and are described below:
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine Strömungsmaschine mit einem Gehäuse; Fig. 2 einen Leitschaufelträger und ein Laufrad in der Strömungsmaschine; 1 shows a turbomachine with a housing. FIG. 2 shows a vane carrier and an impeller in the turbomachine; FIG.
Fig. 3 den Leitschaufelträger und das Laufrad in einer Seitenansicht; Fig. 4 eine perspektivische Ansicht von Laufrad und Leitschaufelträger; Fig. 5 einen Schnitt von Laufrad und Leitschaufelträger entlang der Linie V-V aus Fig. 3; 3 shows the guide vane carrier and the impeller in a side view; Fig. 4 is a perspective view of the impeller and vane carrier; 5 shows a section of impeller and vane carrier along the line VV of Fig. 3.
Fig. 6 eine Rückansicht von Leitschaufelträger und Laufrad; Fig. 7 und Fig. 8 eine ringförmige Abdeckung für die Leitschaufeln des Fig. 6 is a rear view of the vane carrier and impeller; Fig. 7 and Fig. 8, an annular cover for the vanes of the
Leitschaufelträgers;  guide vane;
Fig. 9 einen Teilschnitt von Leitschaufelträger und Laufrad; Fig. 10 einen Längsschnitt eines Leitschaufelkanals; 9 shows a partial section of guide blade carrier and impeller; 10 shows a longitudinal section of a guide blade channel;
Fig. 1 1 einen Querschnitt eines Leitschaufelkanals; Fig. 1 1 shows a cross section of a guide vane channel;
Fig. 12 ein Querschnittsprofil eines Leitschaufelkanals; Fig. 12 is a cross-sectional profile of a nozzle channel;
Fig. 13 einen Längsschnitt einer Leitschaufel in der Strömungsmaschine; 13 shows a longitudinal section of a guide vane in the turbomachine;
Fig. 14 einen weiteren Teilschnitt von Leitschaufelträger und Laufrad; Fig. 15 einen Teilschnitt des Laufrads; FIG. 14 shows a further partial section of guide blade carrier and impeller; FIG. Fig. 15 is a partial section of the impeller;
Fig. 16 einen weiteren Teilschnitt von Leitschaufelträger und Laufrad; 16 shows a further partial section of guide blade carrier and impeller;
Fig. 17 einen Druckverlauf in Arbeitsmedium, das durch die Strömungs- masch ine bewegt wird; FIG. 17 shows a pressure curve in working medium, which is moved by the flow maschine; FIG.
Fig. 18 eine ORC-Anlage mit einer Strömungsmaschine; 18 shows an ORC system with a turbomachine;
Fig. 19 einen Teilschnitt einer weiteren Strömungsmaschine mit einem 19 is a partial section of another turbomachine with a
Leitschaufelträger und einem Laufrad; Fig. 20 einen Längsschnitt eines Leitschaufelkanals in der weiteren Strömungsmaschine; Vane carrier and an impeller; FIG. 20 shows a longitudinal section of a guide blade channel in the further flow machine; FIG.
Fig. 21 einen Querschnitt des Leitschaufelkanals; Fig. 22 das Querschnittsprofil des Leitschaufelkanals; Fig. 21 is a cross section of the vane passage; FIG. 22 shows the cross-sectional profile of the guide vane channel; FIG.
Fig. 23 das Querschnittsprofil eines Leitschaufelkanals in einer weiteren, dritten Strömungsmaschine; Fig. 24 einen Längsschnitt einer Leitschaufel in der weiteren Strömungsmaschine; FIG. 23 the cross-sectional profile of a guide vane channel in a further, third turbomachine; FIG. FIG. 24 shows a longitudinal section of a guide vane in the further turbomachine; FIG.
Fig. 25 einen Teilschnitt einer weiteren Strömungsmaschine mit einem Fig. 25 is a partial section of another flow machine with a
Leitschaufelträger und einem Laufrad;  Vane carrier and an impeller;
Fig. 26 einen Längsschnitt eines Leitschaufelkanals in der weiteren Strömungsmaschine; FIG. 26 shows a longitudinal section of a guide blade channel in the further flow machine; FIG.
Fig. 27 eine vierte Strömungsmaschine mit einem Gehäuse; FIG. 27 shows a fourth turbomachine with a housing; FIG.
Fig. 28 einen Schnitt der Strömungsmaschine entlang der Linie XXVI- XXVI aus Fig. 25 mit einer Anschlusswand; FIG. 28 shows a section of the turbomachine along the line XXVI-XXVI from FIG. 25 with a connection wall; FIG.
Fig. 29 einen Schnitt der Strömungsmaschine entlang der Linie XXVII- XXVII aus Fig. 25; FIG. 29 shows a section of the turbomachine along the line XXVII-XXVII from FIG. 25; FIG.
Fig. 30 einen Leitschaufelträger mit den daran ausgebildeten Leitschaufeln der Strömungsmaschine; Fig. 31 den Leitschaufelträger mit den Leitschaufeln als Schnitt; Fig. 32 eine vergrößerte Ansicht von Leitschaufeltrager und Leitschaufeln; Fig. 33 eine Seitenansicht des Laufrads der Strömungsmaschine; und Fig. 34 das Gehäuse der vierten Strömungsmaschine. FIG. 30 shows a vane carrier with the guide vanes of the turbomachine formed thereon; FIG. FIG. 31 shows the guide blade carrier with the guide vanes as a section; FIG. Fig. 32 is an enlarged view of vane wearers and vanes; FIG. 33 is a side view of the impeller of the turbomachine; FIG. and FIG. 34 shows the housing of the fourth turbomachine.
Die Strömungsmaschine 10 in Fig. 1 hat ein Gehäuse 12 mit einem Rohrlei- tungsanschluss 14 für das Zu- oder Abführen von Arbeitsmedium. In dem Gehäuse 12 ist ein Laufrad 16 auf einer Welle um eine Rotationsachse 18 drehbeweglich gelagert, das eine Vielzahl von Laufradschaufeln 28 aufweist, die einen Laufradschaufel kränz bilden. In dem Gehäuse 12 ist ein Leitschaufelträger 20 mit Leitschaufeln 22 festgelegt. Das Gehäuse 12 hat einen Gehäusekanal 24, der über den Rohrleitungsanschluss 14 in der Strömungsrichtung des Pfeils 15 eingeströmtes Arbeitsmedium beaufschlagt werden kann, wenn die Strömungsmaschine 10 als Turbine betrieben wird. Bei ei- nem Betrieb der Strömungsmaschine 10 als Verdichter wird das Arbeitsmedium durch den Rohrleitungsanschluss 14 aus dem Gehäusekanal 24 abgeführt. The turbomachine 10 in FIG. 1 has a housing 12 with a pipeline inlet connection 14 for the supply or removal of working medium. In the housing 12, an impeller 16 is rotatably mounted on a shaft about an axis of rotation 18 which has a plurality of impeller blades 28 which form an impeller blade wreath. In the housing 12, a guide vane carrier 20 is fixed with vanes 22. The housing 12 has a housing channel 24, which can be acted upon via the pipe connection 14 in the flow direction of the arrow 15 flowed working medium when the turbomachine 10 is operated as a turbine. When the turbomachine 10 is operated as a compressor, the working medium is removed from the housing channel 24 through the pipe connection 14.
Die Fig. 2 und Fig. 3 zeigen den Leitschaufelträger 20 mit dem Laufrad 16 in einer Draufsicht und einer Seitenansicht. In der Fig. 4 ist das Laufrad 16 und der Leitschaufelträger 20 in einer perspektivischen Ansicht abgebildet. Die Fig. 5 zeigt den Leitschaufelträger 20 mit dem Laufrad 16 entlang der Linie V-V aus Fig. 3 als Schnitt. Die Fig. 6 zeigt den Leitschaufelträger 20 und das Laufrad 16 als Rückansicht in der Richtung des Pfeils 37 aus Fig. 3. FIGS. 2 and 3 show the guide blade carrier 20 with the rotor 16 in a top view and a side view. 4, the impeller 16 and the vane support 20 is shown in a perspective view. Fig. 5 shows the vane support 20 with the impeller 16 along the line V-V of Fig. 3 as a section. FIG. 6 shows the guide blade carrier 20 and the rotor 16 as a rear view in the direction of the arrow 37 from FIG. 3.
Das Laufrad 16 hat einen Laufradschaufelträger 26, an dem die Laufradschaufeln 28 stoffschlüssig festgelegt sind. Die Laufradschaufeln 28 sind an ihrer dem Laufradschaufelträger abgewandten Seite mit einem ringförmigen Bandageorgan 30 stabilisiert und abgedeckt, das mittels Befestigungs- schrauben 38 an die Laufradschaufeln 28 angeschlossen ist. Der Laufradschaufelträger 26 hat eine in Bezug auf die Rotationsachse 18 rotations- symmetrische Leitkontur 32, die sich in einen Diffusorraum 34 eines Diffusors 35 erstreckt. Die Laufradschaufeln 28 bilden Laufradschaufelkanäle 84, die das Arbeitsmedium umlenken, das zwischen dem Gehäusekanal 24 und dem Diffusorraum 34 strömt. Die Leitschaufeln 22 sind mit dem Leitschaufelträger 20 stoffschlüssig verbunden. Dem Leitschaufelträger 20 ist eine in dem Ge- häuse 12 gehaltene ringförmige Abdeckung 36 zugeordnet, die über eine Anschlussfläche 33 mit dem Leitschaufelträger 20 und den Leitschaufeln 22 spiralförmig gekrümmt verlaufende Leitschaufelkanäle 42 bildet, die jeweils als Lavaldüsen wirken. Der Leitschaufelträger 20 mit den Leitschaufeln 22 ist aus einem Rohrstutzen hergestellt. Fertigungstechnisch eröffnet sich dadurch die Möglichkeit, die Form der Leitschaufeln 22 aus dem Leitschaufelträger 20 z.B. mittels Fräsen, Erodieren oder Elisieren herauszuarbeiten, nachdem diese z.B. einer Drehbearbeitung unterzogen wurden, um auf der zu der ringförmigen Abdeckung 36 weisenden Seite eine kurvenförmige Schräge zu schaffen. Der Leitschaufelträger 20 hat einen Montageflansch 40, mit der er in dem Gehäuse 12 der Strömungsmaschine 10 festgelegt werden kann. Die Fig. 7 zeigt die ringförmige Abdeckung 36 in der Strömungsmaschine 10 in einer perspektivischen Ansicht. Die Fig. 8 zeigt die ringförmige Abdeckung 36 als Schnitt. Auch die Abdeckung 36 lässt sich kostengünstig als ein rotationssymmetrisches Drehteil herstellen, das eine zu den Leitschaufeln 22 des Leitschaufelträgers 22 kongruente, passende Anschlussfläche 33 hat. The impeller 16 has an impeller blade carrier 26 to which the impeller blades 28 are fixed cohesively. The impeller blades 28 are stabilized and covered on their side facing away from the impeller blade carrier with an annular bandage member 30, which is connected by means of fastening screws 38 to the impeller blades 28. The impeller blade carrier 26 has a rotational position with respect to the axis of rotation 18. symmetrical guide contour 32, which extends into a diffuser space 34 of a diffuser 35. The impeller vanes 28 form impeller vane channels 84 which redirect the working medium flowing between the housing channel 24 and the diffuser space 34. The vanes 22 are materially connected to the guide vane carrier 20. Associated with the guide blade carrier 20 is an annular cover 36 held in the housing 12 and forming via a connection face 33 with the guide blade carrier 20 and the guide vanes 22 spirally curved guide vanes 42 which each act as Laval nozzles. The vane support 20 with the vanes 22 is made of a pipe stub. In terms of manufacturing technology, this opens up the possibility of working out the shape of the guide vanes 22 from the guide blade carrier 20, for example by means of milling, eroding or elimination, after they have been subjected to a turning operation in order to create a curved bevel on the side facing the annular cover 36. The vane support 20 has a mounting flange 40 with which it can be fixed in the housing 12 of the turbomachine 10. FIG. 7 shows the annular cover 36 in the turbomachine 10 in a perspective view. Fig. 8 shows the annular cover 36 as a section. Also, the cover 36 can be inexpensively produced as a rotationally symmetric rotary member having a matching pad 33 congruent with the vanes 22 of the vane carrier 22.
Die Fig. 9 ist ein Teilschnitt des Leitschaufelträgers 20 und des Laufrads 16. Die Leitschaufeln 22 haben jeweils eine dem Laufrad 16 zugewandte konkave Leitschaufelfläche 46 und eine Leitschaufelfläche 44, die konvex ist. Die Leitschaufelflächen 44, 46 bilden jeweils eine Wandfläche eines Leitschaufelkanals 42. Ein jeder Leitschaufelkanal 42 hat eine Mitte 62, die einer gekrümmten Linie mit einem zu dem Laufrad 16 weisenden Krümmungsvektor 43 entspricht. Die Leitschaufeln 22 haben laufradseitige Leitschaufelkanten 51 , 53 und gehäusekanalseitige Leitschaufelkanten 51 ', 53'. Die Leitschaufeln 22 können an dem Leitschaufelträger 20 insbesondere mittels eines sogenannten Fingerfräsers herausgearbeitet werden, da die Bodenwand eines Leitschaufel kanals 42 eben ist, das Querschnittsprofil eines Leitschaufelkanals 42 Kanten aufweist und ein jeder Leitschaufelkanal 42 grundsätzlich gleich gestaltet ist. Über die Führung des Fingerfräsers ist es z.B. möglich, jede gewünschte gerade oder kurvenförmig gebogene, zu der Rotationsachse 18 hin geneigte, gleichbreite oder breitenverändernde Leitschaufel kanalform zu erzeugen. Die Fig. 10 ist ein Teilschnitt des Leitschaufelträgers 20 entlang der Mitte 62 in einer zu der Rotationsachse 18 parallelen Schnittfläche. Indem die Anschlussfläche 33 der ringförmigen Abdeckung 36 an diese kurvenförmige Schräge angepasst wird, lässt sich durch das Aufsetzen der ringförmigen Abdeckung 36 so eine Leitschaufelkanalgeometrie erzeugen, die bei dem Radius rmin in Bezug auf die Rotationsachse 18 eine Engstelle 50 mit einem engsten Querschnitt haben. Laufradseitig der Engstelle 50 ist der Querschnitt des Leitschaufel kanals divergent, d.h. seine freie Querschnittsfläche nimmt zu dem Laufrad 16 hin zu. Gehäusekanalseitig der Engstelle 50 ist der Querschnitt des Leitschaufelkanals 42 konvergent, d.h. seine freie Querschnitts- fläche nimmt von dem Gehäusekanal 24 ausgehend zu dem Laufrad 16 hin ab. Wie die Fig. 1 1 zeigt, hat ein jeder Leitschaufelkanal 42 von den Schaufelflächen 44, 46 der Leitschaufeln gebildete Wandflächen eine ebene Bodenfläche 47 und eine schräge Deckenfläche 49. Die Fig. 12 zeigt das trapezförmige Querschnittsprofil des Leitschaufel kanals 42. Der Strömungsweg 60 für das Arbeitsmedium durchsetzt die Mitte 62 des Leitschaufelkanals 42, die diesen in einen gehäusekanalseitigen 65 und einen laufradseitigen Abschnitt 67 teilt. In Bezug auf die Mitte 62 ist das Querschnittsprofil des Leitschaufel kanals 42 unsymmetrisch. Die freie Quer- schnittsfläche des laufradseitigen Abschnitts 67 ist größer als die freie Querschnittsfläche von dessen gehäusekanalseitigen Abschnitt 65. Die Fig. 13 ist ein Längsschnitt einer Leitschaufel 22. Eine jede Leitschaufel 22 hat eine konkave Schaufelfläche 46 und eine konvexe Schaufelfläche 44. 9 is a partial section of the vane carrier 20 and impeller 16. The vanes 22 each have a concave vane surface 46 facing the impeller 16 and a vane surface 44 that is convex. Each vane channel 42 has a center 62 corresponding to a curved line with a curvature vector 43 facing the impeller 16. The vanes 22 have impeller-side vane edges 51, 53 and housing-side vane edges 51 ', 53'. The vanes 22 may be machined on the vane support 20, in particular by means of a so-called end mill, since the bottom wall of a vane duct 42 is flat, the cross-sectional profile of a vane duct 42 has edges, and each vane duct 42 is basically the same. About the leadership of the end mill, it is possible, for example, any desired curved straight or curved, to the rotation axis 18 inclined towards, equal width or width-changing guide vane channel shape. 10 is a partial section of the vane support 20 along the center 62 in a sectional area parallel to the axis of rotation 18. By fitting the pad 33 of the annular cover 36 to this curved slope, fitting the annular cover 36 so as to produce a vane channel geometry which at the radius r min with respect to the axis of rotation 18 has a constriction 50 with a narrowest cross section. Impeller side of the constriction 50, the cross section of the vane channel is divergent, ie, its free cross-sectional area increases towards the impeller 16 towards. Housing channel side of the constriction 50, the cross section of the guide vane channel 42 is convergent, ie its free cross-sectional area decreases starting from the housing channel 24 to the impeller 16 back. As shown in Fig. 1 1, each of the guide vanes 42 formed by the blade surfaces 44, 46 of the vanes wall surfaces has a flat bottom surface 47 and an inclined ceiling surface 49. Fig. 12 shows the trapezoidal cross-sectional profile of the guide vane 42. The flow path 60 for the working medium passes through the center 62 of the guide vane channel 42 which divides it into a housing-channel-side 65 and an impeller-side section 67. With respect to the center 62, the cross-sectional profile of the vane channel 42 is asymmetrical. The free cross-sectional area of the impeller-side section 67 is greater than the free cross-sectional area of the housing-channel-side section 65 thereof. FIG. 13 is a longitudinal section of a vane 22. Each vane 22 has a concave vane surface 46 and a convex vane surface 44.
Es sei bemerkt, dass auch das Laufrad 16 mit dem Laufradschaufelträger 26 und den Laufradschaufeln 28 in entsprechender Weise mittels Fräsen, Erodieren oder Elisieren hergestellt werden kann. Der Laufradschaufelträger 26 lässt sich grundsätzlich auf einer Werkzeugmaschine als ein Drehteil fertigen, das einen dicken Rand mit einer Schräge aufweist. Aus diesem Rand werden dann durch Erodieren, Elisieren oder Fräsen die Laufradschaufel ka- näle 84 herausgearbeitet. Hier eignet sich wieder in besonderem Maße der Einsatz eines Fingerfräsers, da der Boden der entsprechenden Kanäle über die gesamte Kanallänge eben sein kann und jeder Kanal gleich tief ist. Über das Führen des Fingerfräsers ist es dann möglich, jede gewünschte gerade oder kurvenförmig gebogene, zu der Rotationsachse 18 hin geneigte, gleich- breite oder breitenverändernde Kanalform zu erzeugen. Mittels der ringförmigen Bandageorgan 30 wird so über die Schräge des Laufradschaufelträgers 26 die gewünschte Düsenkanalgeometrie mit einer Eintritts- und Austrittskante bei einer jeden Laufradschaufel erzeugt. Die Leitschaufelkanäle 42 haben gehäuseseitige Öffnungen 48. Wie die Fig. 14 zeigt, führen sie das Arbeitsmedium in der Mitte 62 mit dem Strömungsweg 60, der die Zylindermantelfläche 56 in einem Schnittpunkt 63 durchsetzt. In dem Schnittpunkt 63 bilden die Tangente 64 an die Mitte 62 und die in einer zu der Rotationsachse 18 senkrechten Ebene liegende Tangente 66 an die Zylindermantelfläche 56 einen spitzen Winkel cd . Laufradseitig haben die Leitschaufelkanäle 42 auf einer zu der Rotationsachse 18 koaxial angeordneten Zylindermantelfläche 68 liegende Öffnungen 70. Hier durchsetzt der Strömungsweg 60 für Arbeitsmedium in der Mitte 62 der Leitschaufelkanäle 42 die Zylindermantelfläche 68 in einem Schnittpunkt 72, in dem die Tangen- te 74 an die Mitte 62 und die in einer zu der Rotationsachse 18 senkrechten Ebene liegende Tangente 76 an die Zylindermantelfläche 68 einen Winkel a2 bilden, für den gilt: α2 ~ 12°. It should be noted that also the impeller 16 with the impeller vane carrier 26 and the impeller vanes 28 can be made in a similar manner by means of milling, eroding or elimination. The impeller blade carrier 26 can basically be manufactured on a machine tool as a rotating part having a thick edge with a bevel. From this edge, the impeller blade channels 84 are then machined by eroding, Elisieren or milling. Again, the use of a finger milling cutter is particularly suitable since the bottom of the corresponding channels can be flat over the entire channel length and each channel is equally deep. By guiding the end mill, it is then possible to produce any desired straight or curved curved, to the rotation axis 18 inclined towards, equal width or width-changing channel shape. By means of the annular bandage member 30, the desired nozzle channel geometry is thus generated over the slope of the impeller blade carrier 26 with an inlet and outlet edge at each impeller blade. The guide vane channels 42 have openings 48 on the housing side. As shown in FIG. 14, they guide the working medium in the center 62 with the flow path 60, which passes through the cylinder jacket surface 56 at an intersection point 63. At the point of intersection 63, the tangent 64 to the center 62 and the tangent 66 lying in a plane perpendicular to the axis of rotation 18 form an acute angle cd to the cylinder jacket surface 56. On the impeller side, the guide vane channels 42 have openings 70 lying on a cylinder jacket surface 68 arranged coaxially to the axis of rotation 18. Here, the working medium flow path 60 in the middle 62 of the vane channels 42 passes through the cylinder jacket surface 68 at an intersection 72 in which the tangent 74 passes through Center 62 and in a direction perpendicular to the axis of rotation 18 Level lying tangent 76 to the cylinder surface 68 form an angle a2, for which applies: α2 ~ 12 °.
Die Fig. 15 zeigt einen Abschnitt des Laufrads mit Laufradschaufeln 28. Die Laufradschaufeln 28 haben eine im Wesentlichen sichelförmige Quer- schnittskontur und weisen eine konkave Schaufelfläche 78 auf, die sich von einer den Leitschaufel kanälen 42 zugewandten ersten Lauf radschaufel kante 52 in dem Abstand r2 von der Rotationsachse 18 zu einer den Leitschaufelkanälen 42 abgewandten zweiten Laufradschaufel kante 54 erstreckt, die den Abstand n von der Rotationsachse 18 hat. Die den Leitschaufelkanälen 42 zugewandten Laufradschaufel kanten 52 liegen auf einer zu der Rotationsachse 18 koaxialen Zylindermantelfläche 53 mit dem Radius r2. Die der Rotationsachse 18 zugewandten Lauf radschaufel kanten 54 sind auf einer zu der Rotationsachse 18 koaxialen Zylindermantelfläche 59 mit dem Radius n positioniert. 15 shows a portion of the impeller with impeller blades 28. The impeller blades 28 have a substantially crescent-shaped cross-sectional contour and have a concave blade surface 78 extending from a guide vane 42 facing the first run radschaufel edge 52 at the distance r 2 of the rotation axis 18 to a guide vane channels 42 facing away from the second impeller blade edge 54 which has the distance n from the axis of rotation 18. The guide vane channels 42 facing impeller blade edges 52 lie on a coaxial with the axis of rotation 18 cylinder jacket surface 53 with the radius r 2 . The rotation axis 18 facing the running wheel blade edges 54 are positioned on a coaxial with the axis of rotation 18 cylinder jacket surface 59 with the radius n.
Eine in eine zu der Rotationsachse 18 senkrechten Ebene liegende an der ersten Laufradschaufel kante 52 an die konkave Schaufelfläche 78 angelegte Tangente 80 mit einer die erste Laufradschaufel kante 52 durchsetzenden in einer zu der Rotationsachse 18 senkrechten Ebene liegenden Tangente 82 an die zu der Rotationsachse 18 koaxiale Zylindermantelfläche 53 dabei einen Winkel ß1 , für den gilt: ß1=29°. Gleichzeitig gilt für eine in einer zu der Rotationsachse 18 senkrechten Ebene liegende, an der zweiten Laufradschaufelkante 54 an die konkave Schaufelfläche 78 angelegte Tangente 85 und eine die zweite Laufradschaufel kante 54 durchsetzende Tangente 86 an die Zylindermantelfläche 59 in einer zu der Rotationsachse senkrechten Ebene, dass diese einen Winkel ß2 bilden, für den gilt: ß2=40,5°. D.h. die Tangente 80 bildet mit der die erste Schaufelkante 52 durchsetzenden und die Rotationsachse 18 senkrecht schneidenden Geraden 81 einen Winkel /?ΐ:=β1 +90°, für den gilt: ßl: =119°. Entsprechend bildet eine in einer zu der Rotationsachse 18 senkrechten Ebene liegende an der zweiten Schaufelkante 54 an die konkave Schaufelfläche 78 angelegte Tangente 80 mit einer die zweite Schaufel kante 54 durchsetzenden und die Rotationsachse 18 senkrecht schneidenden Geraden 89 einen Winkel /?2:=90°-ß2, der folgender Beziehung genügt: ßl -49,5°. A lying in a plane perpendicular to the axis of rotation 18 lying on the first impeller blade edge 52 to the concave blade surface 78 applied tangent 80 with a first impeller blade edge 52 passing through lying in a plane perpendicular to the axis of rotation 18 plane tangent 82 to the coaxial to the axis of rotation 18 Cylinder surface 53 while an angle ß1, for which applies: ß1 = 29 °. At the same time applies to a lying in a plane perpendicular to the axis of rotation 18, lying on the second impeller blade edge 54 to the concave blade surface 78 tangent 85 and a second impeller blade edge 54 passing tangent 86 to the cylinder jacket surface 59 in a plane perpendicular to the axis of rotation, that these form an angle ß2, for which applies: ß2 = 40.5 °. That is to say, the tangent 80 forms, with the straight line 81 passing through the first blade edge 52 and perpendicularly intersecting the rotation axis 18, an angle? Ϊ́: = β1 + 90 °, for which the following applies: l1: = 119 °. Accordingly, a lying in a plane perpendicular to the axis of rotation 18 level at the second blade edge 54 applied to the concave blade surface 78 tangent 80 forms with a the second vane edge 54 passing through and the axis of rotation 18 perpendicularly intersecting straight line 89 an angle /? 2: = 90 ° -β2, satisfies the following relationship: ßl -49.5 °.
Die Fig. 16 zeigt einen Abschnitt des Laufradträgers 20 mit dem Laufrad 16 aus Fig. 5 in einer vergrößerten Darstellung. Wenn die Strömungsmaschine 10 als Turbine betrieben wird, strömt das Arbeitsmedium entlang dem Strömungsweg 88 aus dem Gehäusekanal 24 in den Diffusorraum 34. Das Arbeitsmedium tritt durch einen Ausgleichsraum 41 in die mittels der Leitschaufeln 22 gebildeten Leitschaufelkanäle 42 ein, die gehäusekanalseitig die Ein- trittshöhe hE haben und beaufschlagt dann die Schaufeln 28 des Laufrads 16 bei dem Laufrad-Eintrittsradius rE. Die Höhe der Leitschaufelkanäle 42 an deren laufradseitiger Austrittöffnung entspricht der Eintrittshöhe hE. Hier strömt das Arbeitsmedium in der Richtung der Geraden 80 aus Fig. 15 auf die Laufradschaufeln, die an der Eintrittskante 52 die Höhe hE haben. Das Laufrad 16 hat einen Austrittsradius rA. An der Austrittskante 54 haben die Laufradschaufeln 28 die Höhe hA. An den Leitschaufelkanten 51 , 53, d.h. dort, wo das Arbeitsmedium aus den Leitschaufeln austritt, haben die Leitschaufeln die Höhe hLA- Der Abstand r2 der den Leitschaufelkanälen 42 zugewandten ersten Schaufelkante 52 einer jeden Laufradschaufel 28 von der Rotationsachse 18 und der Abstand n der den Leitschaufelkanälen abgewandten zweiten Schaufelkante 54 einer jeden Laufradschaufel 28 von der Rotationsachse 18 genügt hier folgender Beziehung: n/r2 « 75%. 16 shows a portion of the wheel carrier 20 with the impeller 16 of FIG. 5 in an enlarged view. When the turbomachine 10 is operated as a turbine, the working medium flows along the flow path 88 out of the housing channel 24 into the diffuser space 34. The working medium enters the guide vanes 42 formed by the vanes 22 through an equalization space 41, the entrance height h on the housing channel side E and then act on the blades 28 of the impeller 16 at the impeller inlet radius r e . The height of the guide vane channels 42 at the impeller-side outlet opening corresponds to the entry height h E. Here, the working medium flows in the direction of the straight line 80 from FIG. 15 onto the impeller blades, which have the height h E at the leading edge 52. The impeller 16 has a discharge radius r A. At the exit edge 54, the impeller blades 28 have the height h A. At the vane edges 51, 53, ie where the working medium exits the vanes, the vanes have the height h L A- The distance r 2 of the vane channels 42 facing first blade edge 52 of each impeller blade 28 of the rotation axis 18 and the distance n the second blade edge 54 of each impeller blade 28 facing away from the guide vane channels from the axis of rotation 18 satisfies the following relationship: n / r 2 «75%.
Dabei gilt für die Anzahl Z = 59 der Laufradschaufeln 28 des Laufrads 16 folgende Beziehung: Z « C Π/Γ2, wobei der Abstand r2 der den Leitschaufelkanälen 42 zugewandten ersten Schaufelkante 52 einer jeden Laufradschaufel 28 von der Rotationsachse 18 und der Abstand n der den Leitschaufel ka- nälen 42 abgewandten zweiten Schaufelkante 54 einer jeden Laufradschau- fei 28 von der Rotationsachse 18 ist und C = 78.66 eine Konstante ist, die in dem Zahlenintervall [70, 90] liegt. In this case, for the number Z = 59 of the impeller blades 28 of the impeller 16, the following relationship applies: Z « C Π / Γ 2 , the distance r 2 of the first blade edge 52 of each impeller blade 28 facing the guide blade channels 42 from the axis of rotation 18 and the distance n the second vane edge 54 of each impeller vane facing away from the vane channels 42 is 28 from the axis of rotation 18 and C = 78.66 is a constant which lies in the number interval [70, 90].
Der Abstand r2 der den Leitschaufelkanälen 42 zugewandten ersten Schaufelkante 52 einer jeden Laufradschaufel 28 von der Rotationsachse 18 und die zu der Rotationsachse 18 parallele Höhe hE der ersten Schaufelkante 52 einer jeden Laufradschaufel 28 genügt dabei folgender Beziehung: 12% < hE/r2 < 28%. The distance r 2 of the first vane edge 52 of each impeller vane 28 facing the vane channels 42 from the axis of rotation 18 and the height h E of the first vane edge 52 of each impeller vane 28 parallel to the axis of rotation 18 satisfies the following relation: 12% <h E / r 2 <28%.
Die insbesondere in der Fig. 10 ersichtliche Form eines jeden Leitschaufel- kanals 42 in der Strömungsmaschine 10 gewährleistet, dass dieser als Lava- Idüse wirken kann. D.h. diese Form ermöglicht, dass laufradseitig der Engstelle 50 das Arbeitsmedium mit einer Überschallströmung bewegbar ist, wenn der Druck des Arbeitsmediums in dem Gehäusekanal 24 einen Schwellwert übersteigt. Damit lässt sich erreichen, dass das Laufrad 16 mit Arbeitsmedium beaufschlagbar ist, das sich schneller bewegt, als die Schallgeschwindigkeit. Der Verlauf der Leitschaufelkanäle 42 nach Art eines Spiralabschnitts, dessen Krümmung zu dem Laufrad 16 weist, gewährleistet dabei, dass sich in den Leitschaufelkanälen 42 ein in Bezug auf die Rotationsachse 18 im Wesentlichen radialsymmetrisches Druckgefälle einstellt. The apparent in particular in FIG. 10 form of each Leitschaufel- channel 42 in the turbomachine 10 ensures that it can act as a Lava- Idüse. That this shape allows impeller 50, the working medium with a supersonic flow is movable impeller, when the pressure of the working medium in the housing channel 24 exceeds a threshold. This can be achieved that the impeller 16 can be acted upon with working fluid that moves faster than the speed of sound. The course of the guide vane channels 42 in the manner of a spiral section, the curvature of which faces the impeller 16, ensures that a pressure gradient substantially radially symmetrical with respect to the axis of rotation 18 is established in the vane channels 42.
Die Fig. 17 zeigt einen typischen Druckverlauf in den Leitschaufelkanälen 42 und den Laufradschaufelkanälen 84, wenn das Arbeitsmedium der Strömungsmaschine 10 in der Richtung der Pfeile 45 mit Überschallströmung strömt. Die in dem sich dabei ausprägenden Druckfeld Isobaren 90 ist in den Leitschaufelkanälen 42 in Bezug auf die Rotationsachse 18 des Laufrads 16 der Strömungsmaschine im Wesentlichen radialsymmetrisch. Das bewirkt, dass sich in den Laufradschaufelkanälen 50 und den Leitschaufelkanälen 42 keine Druckstöße ausbilden. Das Arbeitsmedium kann so aus dem Gehäusekanal 24 durch die Leitschaufelkanäle 42 über das Laufrad 16 zu dem Dif- fusorraum 34 strömen, dass es seinen Impuls nahezu vollständig auf die Laufradschaufeln 28 überträgt und nicht in Druckstößen abgibt, die den Wirkungsgrad der Strömungsmaschine 10 verringern. FIG. 17 shows a typical pressure curve in the guide vane channels 42 and the impeller vane channels 84 when the working medium of the turbomachine 10 flows in the direction of the arrows 45 with supersonic flow. The pressure field isobaric 90 which is formed in the guide vane channels 42 is essentially radially symmetrical with respect to the axis of rotation 18 of the impeller 16 of the turbomachine. This causes the pressure in the impeller blade channels 50 and the guide vane channels 42 to be prevented. The working medium can thus flow out of the housing channel 24 through the guide vane channels 42 via the impeller 16 to the diffuser space 34 in such a way that it almost completely impulses its impulse Impeller blades 28 transmits and not in pressure surges, which reduce the efficiency of the turbomachine 10.
Die vorstehend beschriebene Strömungsmaschine 10 eignet sich insbesondere für den Einsatz als Turbine in einem Organic-Rankine-Kreisprozess o- der für das Verdichten in einem Organic-Rankine-Kreisprozess eingesetztem Arbeitsmedium. The above-described turbomachine 10 is particularly suitable for use as a turbine in an Organic Rankine cycle or the working medium used for compacting in an Organic Rankine cycle.
Die Fig. 18 zeigt eine ORC-Anlage 100 mit einer Strömungsmaschine 1 10, die als Dampfturbine betrieben wird und die in einem Arbeitsmittelkreislauf 105 angeordnet ist. Als fluide Arbeitsmittel werden beispielsweise Butan, To- luol, Silikonöl, Ammoniak, Methylcyclohexan oder auch Ethylbenzol verwendet. An die Strömungsmaschine 1 10, die den anhand der vorstehenden Figuren beschriebenen Aufbau besitzt, ist ein Generator 121 angekoppelt. Die ORC-Anlage 100 hat einen Arbeitsmittelkondensator 124. In der ORC- Anlage 100 gibt es eine als Arbeitsmittelpumpe wirkende Speisepumpe 122. Mit der Speisepumpe 122 wird das fluide Arbeitsmittel im flüssigen Aggregatszustand auf Betriebsdruck gebracht. Das flüssige Arbeitsmittel durchströmt einen als Verdampfer wirkenden Wärmetauscher 123. Dabei verdampft das Arbeitsmittel. Am Ausgang des Wärmetauschers 123 wird dann Sattdampf bzw. Trockendampf bereitgestellt. Durch den Energieeintrag in dem Wärmetauscher 123 nehmen dabei das spezifische Volumen und die Temperatur des Dampfes zu. Der Dampf des Arbeitsmittels wird dann über die mit einem Generator 121 verbundene Strömungsmaschine 1 10 nahezu isentrop auf einen geringeren Druck entspannt. Hierdurch steigt das spezifische Volumen aufgrund der Expansion. Die damit verbundene Volumenvergrößerung des Arbeitsmittels, hervorgerufen durch die Druckdifferenz, bewirkt eine resultierende Arbeit in Form einer Volumenänderungsarbeit, welche die Strömungsmaschine 1 10 an ihren Schaufeln in mechanische Energie umwandelt. Die Strömungsmaschine 1 10 treibt den Generator 121 an. FIG. 18 shows an ORC system 100 with a turbomachine 110, which is operated as a steam turbine and which is arranged in a working medium circuit 105. As fluid working agents, for example, butane, toluene, silicone oil, ammonia, methylcyclohexane or ethylbenzene are used. To the turbomachine 1 10, which has the structure described with reference to the preceding figures, a generator 121 is coupled. The ORC system 100 has a working fluid condenser 124. In the ORC system 100, there is a feed pump 122 acting as a working medium pump. The feed pump 122 brings the fluid working fluid in the liquid state of aggregation to operating pressure. The liquid working fluid flows through a heat exchanger 123 acting as an evaporator. In this process, the working fluid evaporates. At the output of the heat exchanger 123 saturated steam or dry steam is then provided. As a result of the energy input in the heat exchanger 123, the specific volume and the temperature of the steam increase. The steam of the working fluid is then released almost isentropically to a lower pressure via the turbomachine 1 10 connected to a generator 121. This increases the specific volume due to expansion. The associated increase in volume of the working fluid, caused by the pressure difference, causes a resulting work in the form of a volume change work, which the turbomachine 1 10th converted into mechanical energy at their blades. The turbomachine 1 10 drives the generator 121.
Von der Strömungsmaschine 1 10 gelangt der Dampf in den Arbeitsmittelkondensator 124. Der Arbeitsmittelkondensator 124 ist ein Wärmetau- scher, durch den ein Kühlmittelkreislauf 131 geführt ist, der eine Kühlflüssigkeit enthält. Über den Kühlmittelkreislauf 131 wird die bei der Kondensation abgegebene Wärme in ein nicht weiter dargestelltes Wärmenetz gespeist. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Wärme des in der Kühlmittelleitung 131 geführten Kühlmittels über einen Wärmetauscher an die Umgebung ab- zugeben. From the turbomachine 1 10, the steam passes into the working fluid condenser 124. The working fluid condenser 124 is a heat exchanger through which a coolant circuit 131, which contains a cooling fluid, is guided. Via the coolant circuit 131, the heat released during the condensation is fed into a heat network (not shown). Alternatively, it is also possible to discharge the heat of the coolant guided in the coolant line 131 to the environment via a heat exchanger.
In dem als Arbeitsmittelkondensator 124 wirkenden Wärmetauscher kondensiert das Arbeitsmittel und geht dabei vollständig in den flüssigen Aggregatzustand über. Mit der als Arbeitsmittelpumpe wirkenden Speisepumpe 122 wird das Arbeitsmittel dann wieder auf Betriebsdruck gebracht und gelangt von neuem in den als Verdampfer wirkenden Wärmetauscher 123. Der Kreislauf für das Arbeitsmittel in der ORC-Anlage 2 ist dann geschlossen. In the working as a working fluid condenser 124 heat exchanger condenses the working fluid and goes completely into the liquid state of aggregation. With the working as a pump pump feed pump 122, the working fluid is then brought back to operating pressure and passes again in the acting as an evaporator heat exchanger 123. The circuit for the working fluid in the ORC system 2 is then closed.
Die Fig. 19 ist ein Teilschnitt eines Leitschaufelträgers 220 und eines Lauf- rads 216 in einer weiteren Strömungsmaschine 210, deren Aufbau der anhand der Fig. 1 bis Fig. 16 beschriebenen Strömungsmaschine 10 grundsätzlich entspricht. Funktional gleiche Elemente in den Figuren zu der Strömungsmaschine 10 und der Strömungsmaschine 210 sind daher nachfolgend mit um die Zahl 200 erhöhten Zahlen als Bezugszeichen kenntlich ge- macht. Die Strömungsmaschine 210 hat Leitschaufelkanäle 242, durch die das Arbeitsmedium mit dem Strömungsweg 260 aus dem Gehäusekanal auf die Laufrad schaufeln 228 des Laufrads 216 gelangen kann. 19 is a partial section of a guide rail carrier 220 and of a rotor 216 in a further flow machine 210, the structure of which essentially corresponds to the turbomachine 10 described with reference to FIGS. 1 to 16. Functionally identical elements in the figures for the turbomachine 10 and the turbomachine 210 are therefore identified below with numbers increased by the number 200 as reference numerals. The turbomachine 210 has guide vanes 242, through which the working fluid with the flow path 260 from the housing channel on the impeller blades 228 of the impeller 216 can pass.
Die Fig. 20 zeigt einen Leitschaufel kanal 242 entlang dem in dessen Mitte 262 verlaufenden Strömungsweg 260 in der Richtung der Pfeile XX-XX aus Fig. 19. In der Fig. 21 ist der Leitschaufelkanal 242 als Schnitt in der Rieh- tung der Pfeile XXI-XXI aus Fig. 19 gezeigt. Der Leitschaufelkanal 242 wirkt für aus dem Gehäusekanal strömendes Arbeitsmedium auch hier als eine Lavaldüse, die mit Überstrahlströmung die Schaufelflächen 278 des Laufrads 216 unter dem Winkel o2 = 12° in Bezug auf die einer zu der Rotationsachse des Laufrads 216 senkrechten Ebene liegende Tangente an eine in Bezug auf die Rotationsachse des Laufrads 216 koaxiale Zylindermantelfläche 268 anströmen kann. In modifizierten Ausführungsbeispielen sind auch Winkel 8° < a2 < 22° möglich. 20 shows a guide vane duct 242 along the flow path 260 running in its center 262 in the direction of the arrows XX-XX of FIG. 19. In FIG. 21, the vane passage 242 is shown as a section in the drawing tion of the arrows XXI-XXI shown in FIG. 19. The Leitschaufelkanal 242 also acts for flowing out of the housing channel working fluid here as a Laval nozzle with the overflow stream, the blade surfaces 278 of the impeller 216 at the angle o2 = 12 ° with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation of the impeller 216 plane tangent to a in With respect to the axis of rotation of the impeller 216 coaxial cylinder jacket surface 268 can flow. In modified embodiments, angles 8 ° <a2 <22 ° are also possible.
Die Fig. 22 zeigt das rechteckige Querschnittsprofil des Leitschaufelkanals 222. Die Fig. 23 zeigt das Querschnittsprofil 222' eines Leitschaufelkanal einer weiteren Strömungsmaschine, die zu den vorstehenden Strömungsmaschinen entsprechend aufgebaut ist. Das Querschnittsprofil 222' dieses Leitschaufelkanals ist nicht rechteckig, sondern rund. Die Fig. 24 zeigt eine Leitschaufel 222 aus der Fig. 19 in einem Längsschnitt. FIG. 22 shows the rectangular cross-sectional profile of the guide vane channel 222. FIG. 23 shows the cross-sectional profile 222 'of a vane channel of a further flow machine, which is constructed corresponding to the above turbomachines. The cross-sectional profile 222 'of this Leitschaufelkanals is not rectangular, but round. FIG. 24 shows a guide blade 222 from FIG. 19 in a longitudinal section.
Die Fig. 25 ist ein Teilschnitt eines Leitschaufelträgers 220" und eines Laufrads 216" in einer weiteren Strömungsmaschine 210", deren Aufbau der anhand der Fig. 1 bis Fig. 16 beschriebenen Strömungsmaschine 10 grundsätzlich entspricht. Funktional gleiche Elemente in den Figuren zu der Strö- mungsmaschine 10 und der Strömungsmaschine 210" sind daher nachfolgend mit um die Zahl 200 erhöhten Zahlen als Bezugszeichen kenntlich gemacht. Die Strömungsmaschine 210" hat Leitschaufelkanäle 242", durch die das Arbeitsmedium mit dem Strömungsweg 260" aus dem Gehäusekanal auf die Laufradschaufeln 228" des Laufrads 216" gelangen kann. Die Leitschaufeln 222" sind an ihren dem Gehäusekanal zugewandten Enden 223" in der Art eines Zylindermantelabschnitts abgerundet gestaltet, um ein Eintreten von Arbeitsmedium aus dem Gehäusekanal in die Leitschaufelkanäle mit reduzierten Strömungsverlusten zu ermöglichen. Insbesondere weisen die Leitschaufeln 228" in ihrem gem. Fig. 25 dargestellten Querschnitt einen Radius zwischen 1 mm und 5 mm auf. Wenigstens ein Leitschaufelkanal 242", vorzugsweise alle Leischaufelkanäle weisen eine wenigstens ab- schnittsweise konstante Breite b auf. Der Abschnitt konstanter Breite b erstreckt sich vorzugsweise entlang wenigstens der Hälfte eines durch zwei Leitschaufeln 222" begrenzten Gehäusekanals. 25 is a partial section of a guide blade carrier 220 " and an impeller 216 " in a further flow machine 210 " , the structure of which fundamentally corresponds to the turbomachine 10 described with reference to FIGS.1 to 16. Functionally identical elements in the figures to the flow chart FIG - Mungmaschine 10 and the turbomachine 210 " are therefore identified below with numbers increased by 200 numbers as reference numerals. The turbomachine 210 "has Leitschaufelkanäle 242" through which the working medium to the flow path 260 'from the housing channel to the impeller blades 228 "of the impeller 216' can pass. The guide vanes 222" are provided on their side facing the housing channel ends 223 'in the manner of a Cylindrical shell portion rounded designed to allow ingress of working medium from the housing channel in the guide vane channels with reduced flow losses, in particular, the guide vanes 228 " in their gem. Fig. 25 illustrated cross section a radius between 1 mm and 5 mm. At least one guide vane channel 242 " , preferably all the cored air channels, have at least one sectional constant width b. The portion of constant width b preferably extends along at least half of a housing channel bounded by two vanes 222 " .
Die Fig. 26 zeigt einen Leitschaufel kanal 242" entlang dem in dessen Mitte 262" verlaufenden Strömungsweg 260' in der Richtung der Pfeile XX"-XX" aus Fig. 25. Ein jeder Leitschaufelkanal 242" wirkt für aus dem Gehäusekanal strömendes Arbeitsmedium auch hier als eine Lavaldüse, die mit Überstrahlströmung die Schaufelflächen 278" des Laufrads 216" unter dem Winkel o2 = 12° in Bezug auf die einer zu der Rotationsachse des Laufrads 216" senkrechten Ebene liegende Tangente an eine in Bezug auf die Rotationsachse des Laufrads 216" koaxiale Zylindermantelfläche 268" anströmen kann. Fig. 26 shows a vane channel 242 "along the in the center 262" extending flow path 260 'in the direction of arrows XX "XX" of Fig. 25. Each Leitschaufelkanal 242 "acts for flowing out of the housing passage working medium also as a Laval nozzle, the vane surfaces 278 "of the impeller 216" o2 = with respect to the one to the axis of rotation of the impeller 216 "lying perpendicular plane tangent with respect to the axis of rotation of the impeller 216 at a" 12 ° coaxial with excess jet flow at the angle Cylinder surface 268 " can flow.
Ein jeder Leitschaufel kanal 242" in der Strömungsmaschine 210" hat eine Engstelle 250" mit einem engsten Querschnitt in dem Abstand a von der Zylindermantelfläche 268". Laufradseitig der Engstelle 250" ist der Querschnitt des Leitschaufelkanals divergent, d.h. bei gleichbleibender Breite b nimmt die Höhe h zu dem Laufrad 216" hinzu. Gehäusekanalseitig der Engstelle 250" ist der Querschnitt des Leitschaufelkanals 242" konvergent, d.h. seine freie Querschnittsfläche nimmt von dem Gehäusekanal ausgehend zu dem Laufrad 216" hin ab. In modifizierten Ausführungsbeispielen sind auch andere Düsengeometrien, insbesondere auch Unterschalldüsen vorsehbar. Each vane duct 242 " in the turbomachine 210 " has a throat 250 " with a narrowest cross-section at the distance a from the cylinder jacket surface 268 " . Impeller side of the constriction 250 " is the cross section of the guide vane channel divergent, ie at constant width b, the height h to the impeller 216 " added. On the housing channel side of the constriction 250 " , the cross-section of the guide blade channel 242 " converges, ie its free cross-sectional area decreases from the housing channel to the impeller 216 " , in modified embodiments also other nozzle geometries, in particular also subsonic nozzles, can be provided.
Die Fig. 27 zeigt eine weitere, vierte Strömungsmaschine 310. Funktional einander entsprechende Elemente in den Figuren zu der Strömungsmaschine 10 und der Strömungsmaschine 310 sind daher nachfolgend mit um die Zahl 300 erhöhten Zahlen als Bezugszeichen kenntlich gemacht. Die Strömungsmaschine 310 hat ein zylinderförmiges Gehäuse 312 mit einem als Rohrstutzen ausgebildeten Rohrleitungsanschluss 314. In der Fig. 28 ist die Strömungsmaschine als Schnitt entlang der Linie XXVIII-XXVIII aus Fig. 27 mit einer zusätzlichen Anschlusswand 301 gezeigt. In der Fig. 29 ist die Strömungsmaschine als Schnitt entlang der Linie XXIX-XXIX aus Fig. 27 zu sehen. Anders als bei der Strömungsmaschine 10 umgibt der Gehäusekanal 324 das Laufrad 316 hier ringförmig. Die Leitschaufeln 322 sind an ihren dem Gehäusekanal 324 zugewandten Enden 323 abgerundet, um ein Eintreten von Arbeitsmedium aus dem Gehäusekanal in die Leitschaufelkanäle mit möglichst geringen Strömungsverlusten zu ermöglichen. Der in der Fig. 30, Fig. 31 und Fig. 32 gezeigte Leitschaufelträger 320 mit den Leitschaufeln 322 ist hier ebenfalls aus einem Rohrstutzen gefertigt, in das die Leitschaufeln 322 mittels Fräsen, Erodieren oder Elisieren eingearbeitet sind. Der Leitschaufelträger 320 hat einen Montageflansch 340, mit der er im Gehäuse 312 der Strömungsmaschine 310 festgelegt werden kann. FIG. 27 shows a further, fourth turbomachine 310. Functionally corresponding elements in the figures for the turbomachine 10 and the turbomachine 310 are therefore identified below with numbers increased by the number 300 as reference numerals. The turbomachine 310 has a cylindrical housing 312 with a pipe connection 314 designed as a pipe socket. FIG. 28 shows the flow machine as a section along the line XXVIII-XXVIII from FIG. 27 with an additional connection wall 301. In Fig. 29 is the Turbomachine can be seen as a section along the line XXIX-XXIX of FIG. 27. In contrast to the turbomachine 10, the housing channel 324 surrounds the impeller 316 annularly. The guide vanes 322 are rounded at their ends 323 facing the housing channel 324 in order to allow the entry of working medium from the housing channel into the guide blade channels with the lowest possible flow losses. The guide blade carrier 320 with the guide vanes 322 shown in FIGS. 30, 31 and 32 is likewise made from a pipe socket into which the guide vanes 322 are machined by means of milling, eroding or elimination. The vane carrier 320 has a mounting flange 340, with which it can be fixed in the housing 312 of the turbomachine 310.
Die Leitschaufeln 322 in der Strömungsmaschine 310 sind auch hier mit einer ringförmigen Abdeckung 336 abgedeckt. Diese Abdeckung 336 bildet mit dem Leitschaufelträger 320 und den daran ausgebildeten Leitschaufeln 322 Leitschaufelkanäle 342, die jeweils eine mit dem Gehäusekanal 324 kommunizierende Öffnung haben. Die Leitschaufelkanäle 324 haben auch hier einen spiralförmigen Verlauf und führen das Arbeitsmedium auf einem Strömungsweg zwischen dem Gehäusekanal 324 und dem Laufrad 316, der eine zu dem Laufrad 316 weisende Krümmung hat. Ausgehend von dem Gehäuse- kanal 325 zu dem Laufrad 316 hin verjüngt sich der Querschnitt der Leitschaufelkanäle 342 in Bezug auf die Rotationsachse 318 bei einer im Wesentlichen konstanten Breite bis zu der Engstelle 350, die den Abstand rnmin von der Rotationsachse 318 hat. Von dort an nimmt der freie Querschnitt der Leitschaufelkanäle 342 in der Richtung des Laufrads 316 dann wieder zu. Ein jeder Leitschaufelkanal 342 hat damit auch hier die Form spiralfrömig gekrümmten Düse, die sich nach Art einer Lavaldüse in der zu dem Laufrad 316 weisenden Richtung ausgehend von dem Gehäusekanal 324 zunächst verjüngt und dann erweitert, wobei die Düse einen trapezförmigen Öffnungsquerschnitt hat. Die Fig. 33 zeigt das Laufrad 316 in der Strömungsmaschine 310 ohne das die Laufradschaufeln 328 unter Bildung der Laufradschaufelkanäle 384 abdeckende Bandageorgan 330. In der Fig. 34 ist das Gehäuse 312 der Strömungsmaschine 310 gezeigt. Das Gehäuse 310 ist ein Rohrkörper, in den vorzugsweise mittels Drehbearbeitung Flanschabschnitte 315 eingearbeitet sind, an denen der Leitschaufelträger 320 und die Abdeckung 336 für die Leitschaufelkanäle 342 festgelegt ist. The guide vanes 322 in the turbomachine 310 are also covered here with an annular cover 336. This cover 336 forms with the vane support 320 and the vanes 322 formed thereon vane channels 342, each having an opening communicating with the housing channel 324. The vane channels 324 also have a helical course here and guide the working fluid on a flow path between the housing channel 324 and the impeller 316, which has a curvature facing the impeller 316. Starting from the housing channel 325 toward the impeller 316, the cross-section of the nozzle channels 342 with respect to the axis of rotation 318 tapers at a substantially constant width to the constriction 350 having the distance r nm in from the axis of rotation 318. From there, the free cross-section of the vane channels 342 in the direction of the impeller 316 then increases again. Each guide vane channel 342 thus also has the shape of a spiral-curved nozzle which, in the manner of a Laval nozzle, initially tapers in the direction pointing to the impeller 316, starting from the housing channel 324 and then widening, the nozzle having a trapezoidal opening cross-section. 33 shows the impeller 316 in the turbomachine 310 without the bandage member 330 covering the impeller blades 328 to form the impeller blade channels 384. FIG. 34 shows the housing 312 of the turbomachine 310. The housing 310 is a tubular body in which are preferably incorporated by means of turning flange portions 315, where the vane support 320 and the cover 336 is fixed to the guide vane channels 342.
Mit dieser neuen Geometrie erhöht sich vor allem die Effizienz von Turbomaschinen in ORC-Systemen, in denen die Strömung innerhalb der Beschaufe- lung meist oberhalb der Schallgeschwindigkeit liegt. Auch verringern sich die Fertigungskosten, da die Strömungskanäle leichter ausformbar sind. Above all, this new geometry increases the efficiency of turbo machines in ORC systems, where the flow within the blasting is usually above the speed of sound. Also reduce the manufacturing costs, since the flow channels are easier to shape.
Zusammenfassend ist zu bemerken, dass mit den vorstehend beschriebenen Geometrien der Leitschaufelkanäle 42, 242, 342 und der Laufradschaufeln 28, 228, 328 ein sehr hoher Wirkungsgrad einer Strömungsmaschine erreicht werden kann. Dieser hohe Wirkungsgrad lässt sich insbesondere bei einem Einsatz solcher Strömungsmaschine als Turbomaschinen für ORC-Systeme erzielen, in denen die Strömungsgeschwindigkeit für das Arbeitsmedium innerhalb der Laufradbeschaufelung in der Regel oberhalb der Schallge- schwindigkeit liegt. Weil die Strömungskanäle in den vorstehend beschriebenen Strömungsmaschinen sehr leicht ausformbar sind, lassen sich diese Strömungsmaschinen mit sehr geringen Fertigungskosten herstellen. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, dass sich die vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren für die Laufradschaufeln und die Leitschaufelka- näle der vorstehend beschriebenen Strömungsmaschinen auch für entsprechende Baugruppen von Axialturbinen eignen. In diesem Fall wird die Geometrie der Kanäle vorzugsweise an die gegenüber einer Radialturbine der zu der Laufradachse geänderten Strömungsrichtung angepasst. Insbesondere sind folgende bevorzugte Merkmale der Erfindung festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine 10 mit einem Gehäuse 12, das einen Gehäusekanal 24 für das Ein- oder Ausströmen von Arbeitsmedium hat. Die Strömungsmaschine enthält ein drehbar um eine Rotationsachse 18 angeordnetes Laufrad 16 mit einer Vielzahl von Laufradschaufeln 50, die Laufradschaufel kanäle 84 bilden. Die Laufradschaufelkanäle 84 kommunizieren über in dem Gehäuse ausgebildete Leitschaufelkanäle 42 mit dem Gehäusekanal 24. In summary, it should be noted that with the above-described geometries of the guide vane channels 42, 242, 342 and the impeller blades 28, 228, 328 a very high efficiency of a turbomachine can be achieved. This high efficiency can be achieved in particular when using such a turbomachine as turbomachinery for ORC systems, in which the flow velocity for the working medium within the impeller blading is generally above the speed of sound. Because the flow channels in the turbomachines described above are very easy to form, these turbomachines can be produced with very low production costs. In this context, it should be noted that the above-described manufacturing methods for the impeller blades and the guide vanes of the turbomachines described above are also suitable for corresponding assemblies of axial turbines. In this case, the geometry of the channels is preferably adapted to the direction of flow changed with respect to a radial turbine to the impeller axis. In particular, the following preferred features of the invention are to be noted: The invention relates to a turbomachine 10 with a housing 12, which has a housing channel 24 for the inflow or outflow of working medium. The turbomachine includes a rotatable about an axis of rotation 18 arranged impeller 16 with a plurality of impeller blades 50, the impeller blades form channels 84. The impeller vane channels 84 communicate with the housing channel 24 via vane channels 42 formed in the housing.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Strömungsmaschine 10 turbomachine
12 Gehäuse 12 housing
14 Rohrleitungsanschluss 14 pipe connection
15 Pfeil 15 arrow
16 Laufrad 16 impeller
18 Rotationsachse 18 rotation axis
20 Leitschaufelträger 20 vane carrier
22 Leitschaufel 22 vane
24 Gehäusekanal 24 housing channel
26 Laufradschaufelträger 26 impeller carrier
28 Laufradschaufel 28 impeller blade
30 Bandageorgan 30 bandage organ
32 Leitkontur 32 lead contour
33 Anschlussfläche 33 connection area
34 Diffusorraum 34 diffuser room
35 Diffusor 35 diffuser
36 Abdeckung 36 cover
37 Pfeil 37 arrow
38 Befestigungsschraube 38 fixing screw
40 Montageflansch 40 mounting flange
41 Ausgleichsraum 41 compensation room
42 Leitschaufelkanal 42 vane channel
43 Krümmungsvektor 43 curvature vector
44, 46 Schaufelfläche, Wandfläche 44, 46 Scoop surface, wall surface
45 Pfeil 45 arrow
47 Bodenfläche  47 floor area
49 Deckenfläche  49 ceiling area
48 Öffnung, Leitschaufel kanaloffnung 48 opening, vane channel opening
50 Engstelle 50 bottleneck
51 , 53, 51 \ 53' Kanten 51 , 53, 51 V , 53' Leitschaufel kante51, 53, 51 \ 53 ' edges 51, 53, 51 V, 53 'vane edge
52, 54 Lauf radschaufel kante52, 54 barrel blade edge
53, 59 Zylindermantelfläche53, 59 cylindrical surface
55, 57 Schaufelfläche 55, 57 blade surface
56 Zylindermantelfläche 56 cylindrical surface
60,88 Strömungsweg 60.88 flow path
62 Mitte  62 middle
63 Schnittpunkt  63 intersection
64 Bereich  64 area
65, 67 Abschnitt  65, 67 section
66 Tangente  66 tangent
68 Zylindermantelfläche 68 cylinder jacket surface
70 Leitschaufelkanaloffnung70 vane channel opening
72 Schnittpunkt 72 intersection
74, 76 Tangente  74, 76 tangent
78, 79 Schaufelfläche  78, 79 blade surface
80, 82, 85, 86 Tangente  80, 82, 85, 86 tangent
81 , 89 Gerade  81, 89 Straight
84 Laufradschaufelkanal 84 impeller blade channel
87 Leitkontur 87 lead contour
90 Isobare  90 isobars
100 ORC-Anlage  100 ORC system
1 10 Strömungsmaschine 1 10 turbomachine
121 Generator 121 generator
122 Speisepumpe  122 feed pump
123 Wärmetauscher  123 heat exchangers
124 Arbeitsmittelkondensator 124 working fluid condenser
131 Kühlmittelkreislauf131 coolant circuit
210, 210" Strömungsmaschine210, 210 " turbomachine
216, 216" Laufrad 216, 216 " impeller
220, 220" Leitschaufelträger 216 Laufrad 220, 220 " vane carrier 216 impeller
222, 222', 222" Leitschaufel 222, 222 ', 222 " vane
228, 228" Laufradschaufel228, 228 " impeller blade
236, 236" Abdeckung 236, 236 " cover
242, 242" Leitschaufelkanal242, 242 " vane channel
248, 248" Öffnung 248, 248 " opening
250, 250" Engstelle 250, 250 " bottleneck
260, 260" Strömungsweg260, 260 " flow path
268, 268" Zylindermantelfläche268, 268 " cylindrical surface
278 Schaufelfläche278 blade surface
301 Anschlusswand301 connection wall
310 Strömungsmaschine310 turbomachine
312 Gehäuse 312 housing
314 Rohrleitungsanschluss 314 Pipe connection
316 Laufrad 316 impeller
320 Leitschaufelträger 320 vane carrier
322 Leitschaufeln 322 vanes
223", 323 Ende 223 " , 323 end
324, 325 Gehäusekanal 324, 325 housing channel
328 Laufradschaufel328 impeller blade
336 Abdeckung 336 cover
338 Leitschaufel  338 vane
340 Montageflansch 340 mounting flange
342 Leitschaufelkanal342 vane channel
384 Laufradschaufelkanal 384 impeller vane channel

Claims

Patentansprüche claims
1 . Strömungsmaschine (10) mit einem Gehäuse (12), das einen Gehäusekanal (24) für das Ein- oder Ausströmen von Arbeitsmedium hat, und mit einem drehbar um eine Rotationsachse (18) angeordneten Laufrad (16), das eine Vielzahl von Laufradschaufeln (28) aufweist, die Laufradschaufelkanäle (42) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradschaufelkanäle (28) über gehäusefeste Leitschaufelkanäle (42), die eine laufradseitige Leitschaufelkanaloffnung (70) und eine gehäusekanalseitige Leitschaufelkanaloffnung (48) haben, mit dem Gehäusekanal (24) kommunizieren. 1 . Turbomachine (10) having a housing (12) having a housing channel (24) for the in-or outflow of working medium, and having a rotatably about an axis of rotation (18) arranged impeller (16) having a plurality of impeller blades (28 ), the impeller blade channels (42), characterized in that the impeller blade channels (28) via housing fixed guide vanes (42) having a impeller side Leitschaufelkanaloffnung (70) and a housing channel side Leitschaufelkanaloffnung (48) communicate with the housing channel (24).
2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel kanäle (42) eine dem Laufrad (16) zugewandte von Arbeitsmedium anströmbare konkave Wandfläche (46) haben. 2. Turbomachine according to claim 1, characterized in that the guide vane channels (42) have a the impeller (16) facing of working medium anströmbare concave wall surface (46).
3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass die Leitschaufel kanäle (42) eine dem Laufrad (16) abgewandte von Arbeitsmedium anströmbare konvexe Wandfläche (44) haben. 3. Turbomachine according to claim 1 or 2, characterized marked, that the guide vane channels (42) have a the impeller (16) facing away from working medium convex wall surface (44).
4. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufelkanäle (42) eine Engstelle (50) ha- ben und zwischen der Engstelle (50) und der laufradseitigen Leitschaufelkanaloffnung (70) einen divergenten Querschnitt aufweisen. 4. Turbomachine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Leitschaufelkanäle (42) have a constriction (50) ben and between the constriction (50) and the impeller-side Leitschaufelkanaloffnung (70) have a divergent cross-section.
5. Strömungsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufelkanäle (42) zwischen der Engstelle (50) und der gehäu- sekanalseitigen Leitschaufelkanaloffnung (48) einen konvergenten5. Turbomachine according to claim 4, characterized in that the Leitschaufelkanäle (42) between the constriction (50) and the housing sekanalkanal Leitschaufelkanaloffnung (48) a convergent
Querschnitt aufweisen. Strömungsmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufelkanäle (42) zwischen der gehäusekanalseiti- gen Leitschaufelkanalöffnung (48) und der laufradseitigen Gehäusekanalöffnung (70) in einer zu der Rotationsachse (18) senkrechten Ebene eine von der Engstelle (50) zu der laufradseitigen Leitschaufelkanalöffnung (70) hin zunehmende Breite haben. Have cross-section. Turbomachine according to claim 4 or 5, characterized in that the Leitschaufelkanäle (42) between the Gehäusekanalseitig guide vane channel opening (48) and the impeller-side housing channel opening (70) in a plane perpendicular to the axis of rotation (18) one of the constriction (50) the impeller-side vane channel opening (70) have increasing width.
Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufelkanäle (242") zwischen der ge- häusekanalseitigen Leitschaufelkanalöffnung (248") und der laufradseitigen Gehäusekanalöffnung (70) eine in Bezug auf eine zu der Rotationsachse (18) senkrechte Ebene von der Engstelle (250") zu der laufradseitigen Leitschaufelkanalöffnung (70) hin zunehmende Höhe (h) haben. 6. Turbomachine according to one of claims 4 to 6, characterized in that the guide vane channels (242 " ) between the housing-channel-side vane channel opening (248 " ) and the impeller-side housing channel opening (70) have a plane perpendicular to the axis of rotation (18) the constriction (250 " ) to the impeller-side guide vane channel opening (70) towards increasing height (h) have.
Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufelkanäle (42) jeweils eine von einer dem Laufrad (16) zugewandten Wandfläche (46) und von einer dem Laufrad (16) abgewandten Wandfläche (44) gleichmäßig beabstandete Mitte (62) haben, die das Querschnittsprofil eines Leitschaufel kanals (42) in einen gehäusekanalseitigen Abschnitt (65) und einen laufradseitigen Abschnitt (67) teilt, wobei das Querschnittsprofil eines jeden Leitschaufelkanals in Bezug auf die Mitte (62) unsymmetrisch ist. Turbomachine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the guide vane channels (42) each one of the impeller (16) facing wall surface (46) and of the impeller (16) facing away from the wall surface (44) evenly spaced center (62 ), which divides the cross-sectional profile of a vane passage (42) into a housing-channel-side portion (65) and an impeller-side portion (67), wherein the cross-sectional profile of each vane passage with respect to the center (62) is asymmetrical.
Strömungsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der gehäusekanalseitige Abschnitt (65) und der laufradseitige Abschnitt (67) jeweils eine freie Querschnittsfläche für das Hindurchtreten von Arbeitsmedium haben, wobei die freie Querschnittsfläche des laufradseitigen Abschnitts (67) ist größer als die freie Querschnittsfläche des gehäusekanalseitigen Abschnitts (65). Turbomachine according to claim 8, characterized in that the housing-channel-side portion (65) and the impeller-side portion (67) each have a free cross-sectional area for the passage of working medium, wherein the free cross-sectional area of the impeller-side portion (67) is greater than the free cross-sectional area of the Casing side section (65).
10. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gehäusekanalseitigen Leitschaufel kanalöff- nungen (48) auf einer zu der Rotationsachse (18) koaxial angeordneten Zylindermantelfläche (56) liegen und die Leitschaufelkanäle (42) das Arbeitsmedium in der Mitte mit einem Strömungsweg (60) führen, der die Zylindermantelfläche (56) in einem Schnittpunkt (63) durchsetzt, in dem die Tangente (64) an den Strömungsweg (60) und die in einer zu der Rotationsachse (18) senkrechten Ebene liegende Tangente (66) an die Zylindermantelfläche (56) einen Winkel cd bilden, für den gilt: 5°<a1 <20°, vorzugsweise cd =12°. 10. Turbomachine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the housing-channel-side guide vane channel openings (48) on a to the rotation axis (18) coaxially arranged cylinder jacket surface (56) and the Leitschaufelkanäle (42) the working medium in the middle with a flow path (60) passing through the cylinder jacket surface (56) at an intersection (63) in which the tangent (64) to the flow path (60) and the tangent (60) in a plane perpendicular to the rotation axis (18) ( 66) form an angle cd on the cylinder jacket surface (56), for which the following applies: 5 ° <a1 <20 °, preferably cd = 12 °.
1 1 . Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die laufradseitigen Leitschaufelkanalöffnungen (70) auf einer zu der Rotationsachse (18) koaxial angeordneten Zylindermantelfläche (68) liegen und das Arbeitsmedium in der Mitte mit ei- nem Strömungsweg (60) führen, der die Zylindermantelfläche (68) in einem Schnittpunkt (72) durchsetzt, in dem die Tangente (74) an den Strömungsweg (60) und die in einer zu der Rotationsachse (18) senkrechten Ebene liegende Tangente (76) an die Zylindermantelfläche (68) einen Winkel o2 bilden, für den gilt: 5 <a2<20°, vorzugsweise a2=12°. 1 1. Turbomachine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the impeller-side Leitschaufelkanalöffnungen (70) on a to the rotation axis (18) coaxially arranged cylinder jacket surface (68) and run the working medium in the middle with a flow path (60), which passes through the cylinder jacket surface (68) at an intersection (72) in which the tangent (74) to the flow path (60) and the tangent (76) lying in a plane perpendicular to the axis of rotation (18) contact the cylinder jacket surface (68). form an angle o2, for which applies: 5 <a2 <20 °, preferably a2 = 12 °.
12. Strömungsmaschine nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradschaufeln (28) eine im Wesentlichen sichelförmige Querschnittskontur aufweisen und eine konkave Schaufelfläche (78) haben, die sich von einer den Leitschaufelkanälen (42) zugewand- ten ersten Schaufelkante (52) zu einer den Leitschaufelkanälen (42) abgewandten zweiten Schaufelkante (54) erstreckt, wobei eine in einer zu der Rotationsachse (18) senkrechten Ebene liegende an der ersten Schaufelkante (52) an die konkave Schaufelfläche (78) angelegte Tangente (80) mit einer die erste Schaufelkante (52) durchsetzenden und die Rotationsachse (18) senkrecht schneidenden Geraden (82) einen stumpfen Winkel /?ΐ=β1 +90ο bildet, für den gilt: 5°</?ΐ-90ο<45ο, insbe- sondere 20°</?l-90°<40°, vorzugsweise /?l-90°=29°. 12. Turbomachine according to claim 10 or 1 1, characterized in that the impeller blades (28) have a substantially crescent-shaped cross-sectional contour and have a concave blade surface (78) extending from a Leitschaufelkanälen (42) facing first blade edge (52 ) extends to a second blade edge (54) facing away from the guide blade channels (42), wherein a tangent (80), which is disposed on the first blade edge (52) in a plane perpendicular to the axis of rotation (18), has a tangent (80) attached to the concave blade surface (78) the first blade edge (52) passing through and the rotation axis (18) perpendicularly intersecting straight line (82) forms an obtuse angle /? ΐ = β1 +90 ο , for which applies: 5 ° </? ΐ-90 ο <45 ο , esp - in particular 20 ° </? l-90 ° <40 °, preferably /? l-90 ° = 29 °.
13. Strömungsmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einer zu der Rotationsachse (18) senkrechten Ebene liegende an der zweiten Schaufelkante (54) an die konkave Schaufelflä- che (78) angelegte Tangente (80) mit einer die zweite Schaufelkante13. Turbomachine according to claim 12, characterized in that in a direction perpendicular to the axis of rotation (18) plane lying on the second blade edge (54) on the concave Schaufelflä- surface (78) applied tangent (80) with a second blade edge
(54) durchsetzenden und die Rotationsachse (18) senkrecht schneidenden Geraden (84) einen spitzen Winkel /?2:=90°-ß2 bildet, für den gilt: 5°<90 -ß2<90°, insbesondere 35 <90 -/?2<35°,vorzugsweise 90 - /?2=40,5°. (54) and perpendicular to the axis of rotation (18) intersecting straight line (84) forms an acute angle /? 2: = 90 ° -β2, for which applies: 5 ° <90 -ß2 <90 °, in particular 35 <90 - / ? 2 <35 °, preferably 90? /? 2 = 40.5 °.
14. Strömungsmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der stumpfe Winkel ßl =ß1 +90° und der spitze Winkel ß2: =90°- ß2 folgender Beziehung genügen: /Π<180°-/?2, d.h. ß1 <ß2. 14. Turbomachine according to claim 13, characterized in that the obtuse angle ßl = ß1 + 90 ° and the acute angle ß2: = 90 ° - ß2 satisfy the following relationship: / Π <180 ° - /? 2, i. ß1 <ß2.
15. Strömungsmaschine nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelfläche (78) der Laufradschaufeln (28) zu der Rotationsachse (18) parallel sind. 15. Turbomachine according to claim 12 to 14, characterized in that the blade surface (78) of the impeller blades (28) to the rotation axis (18) are parallel.
16. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand r2 der den Leitschaufelkanälen (42) zugewandten ersten Schaufel kante (52) einer jeden Laufradschaufel (28) von der Rotationsachse (18) und der Abstand n der den Leitschaufelkanälen abgewandten zweiten Schaufelkante (54) einer jeden Laufradschaufel (28) von der Rotationsachse (18) folgender Beziehung ge- nügt: 70% < n/r2 < 80%, vorzugsweise n/r2 * 75%. 16. Turbomachine according to one of claims 12 to 15, characterized in that the distance r 2 of the guide vane channels (42) facing first blade edge (52) of each impeller blade (28) of the rotation axis (18) and the distance n of the Guide vane channels facing away from the second blade edge (54) of each impeller blade (28) of the rotation axis (18) satisfies the following relationship: 70% <n / r 2 <80%, preferably n / r 2 * 75%.
17. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl Z der Laufradschaufeln (28) des Laufrads (16) folgender Beziehung genügt: 17. Turbomachine according to one of claims 12 to 16, characterized in that the number Z of the impeller blades (28) of the impeller (16) satisfies the following relationship:
Z * C ri/r2> wobei der Abstand r2 der den Leitschaufelkanalen (42) zugewandten ersten Schaufelkante (52) einer jeden Laufradschaufel (28) von der Rotationsachse (18) und der Abstand n der den Leitschaufelkanalen (42) abgewandten zweiten Schaufelkante (54) einer jeden Laufradschaufel (28) von der Rotationsachse (18) ist und C eine Konstante ist, mit 70 < C < 90 ist. Z * C ri / r 2> wherein the distance r 2 of the first blade edge (52) of each impeller blade (28) from the rotation axis (18) and the distance n of the second blade edge (54) of each impeller blade (28) facing away from the guide blade channels (42) ) from the axis of rotation (18) and C is a constant with 70 <C <90.
18. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand r2 der den Leitschaufelkanalen (42) zugewandten ersten Schaufel kante (52) einer jeden Laufradschaufel (28) von der Rotationsachse (18) und die zu der Rotationsachse (18) parallele Höhe (hE) der ersten Schaufelkante (52) einer jeden Laufradschaufel (28) folgender Beziehung genügt: 12% < hE/r2 ^ 28%. 18. Turbomachine according to one of claims 12 to 17, characterized in that the distance r 2 of the Leitschaufelkanalen (42) facing first blade edge (52) of each impeller blade (28) from the axis of rotation (18) and to the axis of rotation ( 18) parallel height (h E ) of the first blade edge (52) of each impeller blade (28) satisfies the following relationship: 12% <h E / r 2 ^ 28%.
19. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Laufrad (16) einen die Laufradschaufeln (28) aufnehmenden Laufradschaufelträger (26) mit einer rotationssymmetrischen von Arbeitsmedium anströmbaren Leitkontur (87) hat, die einen Strömungsweg (88) das Arbeitsmedium zwischen den Laufradschaufelkanälen (50) und einem Diffusorraum (34) umlenkt. 19. Turbomachine according to one of claims 1 to 18, character- ized in that the impeller (16) has an impeller blades (28) receiving impeller blade carrier (26) with a rotationally symmetrical flowable by working medium guide contour (87) having a flow path (88 ) deflects the working medium between the impeller blade channels (50) and a diffuser space (34).
20. Strömungsmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitkontur (87) in den Diffusorraum (34) erstreckt ist. 20. Turbomachine according to claim 19, characterized in that the guide contour (87) in the diffuser space (34) extends.
21 . Strömungsmaschine nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Laufradschaufeln (28) an dem Laufradschaufelträger (26) lösbar festgelegt sind. 21. Turbomachine according to claim 19 or 20, characterized in that the impeller blades (28) on the impeller blade carrier (26) are releasably fixed.
22. Strömungsmaschine nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradschaufeln (28) und der Laufradschaufelträ- ger (26) stoffschlüssig verbunden sind. 22. Turbomachine according to claim 19 or 20, characterized in that the impeller blades (28) and the impeller blade carrier (26) are materially connected.
Strömungsmaschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufradschaufeln (28) und der Laufradschaufelträger (26) durch Drehbearbeitung und/oder Erodieren und/oder Fräsen und/oder Elisieren aus einem Vollmaterial aus einem Stück gefertigt sind. Turbomachine according to claim 22, characterized in that the impeller blades (28) and the impeller blade carrier (26) are made by turning and / or eroding and / or milling and / or elimination of a solid material from one piece.
24. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel kanäle (42) in dem Gehäuse (12) mit an einem ringförmigen Leitschaufelträger (20) aufgenommenen mittels einer Abdeckung (36) abgedeckten spiralförmige Leitschaufeln (22) gebildet sind, die eine der Rotationsachse (18) abgewandte konvexe Schaufelfläche (44) haben. 24. Turbomachine according to one of claims 1 to 23, characterized in that the guide vane channels (42) in the housing (12) with an annular guide vane carrier (20) received by means of a cover (36) covered helical guide vanes (22) are formed having a convex blade surface (44) facing away from the axis of rotation (18).
25. Strömungsmaschine nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitschaufelträger (20) und die Leitschaufeln (22) stoffschlüssig verbunden sind. 25. Turbomachine according to claim 24, characterized in that the guide blade carrier (20) and the guide vanes (22) are materially connected.
26. Strömungsmaschine nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (22) Schaufelflächen (44, 46) haben, die zu der Rotationsachse (18) parallel sind. 26. Turbomachine according to claim 24 or 25, characterized in that the guide vanes (22) have blade surfaces (44, 46) which are parallel to the axis of rotation (18).
27. Strömungsmaschine nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln (22) in einer den Laufradkanälen (42) zugewandten Strömungsrichtung für das Arbeitsmedium zunimmt. 27. Turbomachine according to claim 26, characterized in that the distance between two adjacent guide vanes (22) increases in a direction of the impeller (42) facing the flow direction for the working medium.
28. Strömungsmaschine nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Leitschaufeln (22) mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse (18) abnimmt. 28. Turbomachine according to claim 27, characterized in that the height of the guide vanes (22) decreases with increasing distance from the axis of rotation (18).
29. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitschaufelträger (20) und die Abdeckung29. Turbomachine according to one of claims 23 to 27, characterized in that the guide vane carrier (20) and the cover
(36) einen zu dem Gehäusekanal (24) geöffneten und in die Leitschau- felkanäle (42) mündenden Ausgleichsraum (41 ) mit einem sich in der zu der Rotationsachse (18) weisenden Richtung verjüngen Querschnitt definiert. (36) one to the housing channel (24) open and in the Leitschau- Defined felkanäle (42) opening compensating space (41) with a tapering in the direction of the axis of rotation (18) direction cross-section.
30. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitschaufelträger (20) und die Leitschaufeln (22) aus einem einstückigen Rohrstutzen mittels Erodieren und/oder Fräsen und/oder Elisieren gefertigt sind. 30. Turbomachine according to one of claims 24 to 29, characterized in that the guide blade carrier (20) and the guide vanes (22) are made of a one-piece pipe socket by means of eroding and / or milling and / or Elisieren.
31 . Verwendung einer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 30 ausgebildeten Strömungsmaschine (10) als Turbine in einem Organic-Rankine-31. Use of a turbomachine (10) designed according to one of claims 1 to 30 as a turbine in an organic Rankine
Kreisprozess oder als Verdichter für das Verdichten von gasförmigem Medium. Circular process or as a compressor for compressing gaseous medium.
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