EP3141761A1 - Spiralgehäuse, radialturbomaschine, verfahren zur montage - Google Patents

Spiralgehäuse, radialturbomaschine, verfahren zur montage Download PDF

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Publication number
EP3141761A1
EP3141761A1 EP15184160.8A EP15184160A EP3141761A1 EP 3141761 A1 EP3141761 A1 EP 3141761A1 EP 15184160 A EP15184160 A EP 15184160A EP 3141761 A1 EP3141761 A1 EP 3141761A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
diffuser
radial
guide vanes
disk
diffuser disk
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15184160.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Weule
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP15184160.8A priority Critical patent/EP3141761A1/de
Publication of EP3141761A1 publication Critical patent/EP3141761A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/444—Bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
    • F04D29/62—Mounting; Assembling; Disassembling of radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/624—Mounting; Assembling; Disassembling of radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/52—Outlet

Definitions

  • the invention relates to a spiral casing of a radial turbomachine, comprising a collecting spiral extending spirally in the circumferential direction about an axis of rotation of the turbomachine, comprising a radial diffuser, which is radially conducting between an impeller and the collecting spiral, wherein the radial diffuser on an axial side of a first Diffuser disc and on the other axial side is limited at least over a partial radial section of a second diffuser disc, wherein the radial diffuser vanes, which segment the radial diffuser in a radial region in the circumferential direction in flow passages, wherein the second diffuser disc - an opening to the interior of the radial diffuser - is releasably secured to the volute.
  • the invention relates to a radial turbomachine with a corresponding volute casing and a method for mounting the volute casing by utilizing the structural features.
  • KR 2014106975 A shows a radial turbocompressor, probably as part of a Getriebeturbover confusers in one-stage design with flying storage, the impeller or the impeller outlet side empties into a radial diffuser, downstream of a collecting spiral is arranged.
  • the Leitbeschaufelung in the radial diffuser at the exit from the impeller or the impeller are provided, since with the connection to the radially outflow impeller, the crescent-shaped blades align the flow for the purpose of improving the efficiency and expansion of the efficient usable travel range of the compressor.
  • Conventional designs usually provide that the Leitbeschaufelung formed directly on a diffuser disc integrally or machined out, in particular milled.
  • this Leitbeschaufelung is inserted axially into the spiral housing as part of the radial diffuser.
  • the maximum radial outer dimension of the diffuser disk comprising the guide vanes is radially bounded by the opening of the spiral housing. This limit is also subject to the front side milled diffuser blades. From an aerodynamic point of view, it regularly happens that the diffuser blades would preferably result in a better efficiency and an even greater driving range of the machine with a longer extent extending radially outwards. Purely from the aerodynamic design, the vanes would protrude beyond the other outer radius of the diffuser disk or opening.
  • the diffuser blades are aerodynamically designed with this radial extent, which extends radially beyond the opening available for mounting. The projecting portion of these diffuser blades is then simply omitted or milled off, so that an assembly of the machine is possible. In this context one speaks also of cropped vanes. Accordingly, there is the aerodynamically not optimal implementation of the radial diffuser between the impeller or impeller outlet and the entry into the collecting spiral.
  • the spiral housing has, in this sense, at least one boundary wall extending along a circumferential direction, which behaves exactly geometrically with respect to the rotation axis.
  • This at least one boundary wall may be a radial or an axial or an obliquely bounding to these directions wall of the collecting spiral.
  • the collecting spiral is round in cross-section and changes the cross-sectional area along the circumferential direction.
  • indications such as radial, tangential, axial always relate to the axis of rotation of the radial turbocompressor, unless otherwise indicated.
  • the terms “inner”, “outer” with semantically related terms always refer to the interior of the radial turbomachine, in which the impeller is arranged and which is bounded by the volute casing or on the area outside the volute casing, which do not belong to the interior is.
  • the inventive modular splitting between the diffuser disk and the guide vanes results in greater flexibility with regard to the design of the radial diffuser and the assembly.
  • the vanes can be made of blanks of a much smaller dimension.
  • the invention is directed to volute with a radial diffuser having non-adjustable vanes.
  • the vanes are fixed in their angular position.
  • the guide vanes may also have a plurality of stages, which are arranged radially one behind the other, at least not all of which are radially located on the same diameter with their leading edge.
  • a preferred field of application of the invention are radial turbomachines in which the impeller is formed in diameter larger than one meter.
  • the invention can be used particularly advantageously for transmission turbo compressors in which the second diffuser disk is provided axially between the transmission or the transmission housing and the impeller.
  • the guide vanes are detachably fastened to the first diffuser disk by means of fastening elements.
  • the opening is formed such that the fasteners can be solved accessible or secured externally accessible through the opening, which is formed closable by means of the second diffuser disc. It makes sense here if the vanes abut the second diffuser disk with an axial end side in the closed state of the volute casing. This contact reduces unwanted bypass flow adjacent the flow passages formed by the vanes.
  • the second diffuser disk can also have recesses for this axial end face of the guide vanes, which can additionally reduce the bypass flow and optionally fix the guide vanes in their position in a form-fitting manner.
  • Another advantage of the adjacent contact between the second diffuser disc and the axial end face of the guide vanes comes into play when the fasteners are at least partially disposed in recesses, which in this axial end face are provided axially extending, such that when mounted second diffuser disc, the second diffuser disc covers the mouths of the recesses for the fastening elements in particular with respect to the flow. In this way, the flow at these recesses can not cause unwanted turbulence and possibly lead to erosion damage and further the fasteners are secured by the concern of the second diffuser disc on the front side and the covering of the recesses against complete release or detachment.
  • the first diffuser disk has recesses at the locations of the guide vanes, wherein the guide vanes may have a base, wherein the attachment of the vanes to the first diffuser disk provides that the base of the vanes each in Axially guided guided into the recess. In this way, a positive connection perpendicular to the axial direction due to the fitting of the base into the recesses.
  • the base of the guide vanes may either have exactly the profile of an airfoil of the guide vanes or deviate from this profile of the airfoil.
  • the airfoil profile is regularly a relatively complicated contour, which requires a high production cost, it makes sense if the socket has a simpler geometry, so that the recess into which the socket is inserted, also has only a simple cross-sectional geometry.
  • the base it is expedient for the base to have a different geometry relative to the airfoil and to be somewhat larger in relation to the airfoil with respect to a surface-normal direction of the airfoil.
  • the blade can be cylindrical, that is with a constant profile cross-section.
  • the advantages of the invention come in a development particularly useful for carrying, when a radial extent of the vanes in the final assembly position on the maximum Outside radius of the opening goes out, such that a purely axial movement of the guide vanes in the final assembly position through the opening is not possible, but at least one radial movement must be made in addition.
  • a movement in the circumferential direction can be superimposed.
  • the separation of the vanes is exploited by the diffuser disc while preventing the opening to be closed with the second diffuser disc is radially expanded.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the axial height of the base of the guide vane in the region which extends beyond the radial extent of the opening is reduced compared to the other radial region, such that a pivoting movement of the guide vane into the recess during assembly is.
  • the guide vane can be introduced into the recess first approaching the mounting end position obliquely to the axial direction and obliquely to the radial direction with the socket first with the axially reduced height before the vane completely in the mounting position can be advanced radially and the base can be inserted into the recess with rotation of the vane about an axis of rotation, before the vanes is fastened with the fasteners.
  • the inventive method for mounting the spiral housing provides that, following the provision of the collecting spiral, the guide vanes are introduced individually into a final assembly position.
  • the already defined pivoting movement is carried out for each guide blade, before the guide blade is fastened in the end position to the first diffuser disk.
  • the opening of the volute casing is closed by means of the second diffuser disk. If necessary, find other assembly steps, which are not in essential connection with the invention, also take place between these steps described.
  • FIG. 1 schematically shows three-dimensionally an inventive volute VC of a radial turbomachine RTM.
  • guide vanes DV are provided, which - as well as in FIG. 2 - Align process fluid emerging from an impeller IMP with respect to a downstream inflow angle into a collection vial CV.
  • the impeller is arranged in rotation about an axis of rotation X, around which the collecting spiral CV and the radial diffuser RTF extend in the circumferential direction.
  • the guide vanes DV segment the radial diffuser RTF located radially between the impeller outlet and the inlet into the collecting spiral CV in the circumferential direction into flow passages for the process fluid.
  • the radial diffuser RTF is bounded on the left by a first diffuser disk DF1 and opposite on the right side by a second diffuser disk DF2.
  • the vanes DV are located between these two diffuser disks DF1, DF2.
  • the guide vanes on an airfoil AF and a base PF As well as in FIG. 3 can be seen, the guide vanes on an airfoil AF and a base PF.
  • the pedestal PF is made thicker than the profile of the cylindrical airfoil AF in the normal direction of the airfoil surface and has a simple geometry.
  • the base PF In the final assembly position in the first diffuser disk DF1 of the guide vanes DV, the base PF is in each case fitted in a form-fitting manner in a recess RS provided in the first diffuser disk DF1 for the guide blade.
  • the base PF is in this case designed such that the recess can be produced simply with a cylindrical milling cutter in a rectilinear movement in the first diffuser disk DF1.
  • the second diffuser disk DF2 is in FIG.
  • the individual guide vanes are inserted in their final assembly position in the first diffuser disk DF1 in the recesses RS.
  • This insertion corresponds to a pivoting movement or a pivoting.
  • a purely axial movement of the guide vanes DV in this final assembly position is not possible because the opening OP is not designed to large enough. Instead, the Einschwenkterrorism is that an axially and radially combined movement is provided for the introduction of the base PF in the recess RS.
  • the guide vanes DV are axially fitted with only a small clearance in the flow channel of the radial diffuser.
  • the base PF has in the region of radially over a reduced axial height or bevel FA.
  • the guide vanes can be approximated obliquely to the axis of rotation X of the final assembly position and moved radially and axially far enough that initially the radially projecting side of the guide vane DV of the Montageendposition or the first diffuser disk DF1 is closest.
  • fasteners FE are used to secure the vane DV of the first diffuser disc.
  • Appropriately screws are used for this purpose, which are screwed into depressions FERE, or recesses, in particular bores-provided on a first axial end face FFA1 of the guide vanes DV.
  • the depressions FERE in which the fastening elements FE have been inserted are covered by the second diffuser disk when it is in its final assembly position and at least partly abuts or approaches this first end face FFA1 of the stator vanes in this final assembly position Scope of possible manufacturing tolerances).

Landscapes

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

Abstract

Spiralgehäuse (VC) einer Radialturbomaschine (RTM), umfassend eine Sammelspirale (CV), die sich spiralartig in Umfangsrichtung (CD) um eine Rotationsachse (X) der Turbomaschine (RTM) erstreckt, umfassend einen Radialdiffusor (RTF), der sich radial zwischen einem Laufrad (IMP) und der Sammelspirale (CV) strömungsleitend befindet, wobei der Radialdiffusor (RDF) auf einer axialen Seite von einer ersten Diffusorscheibe (DF1) und auf der anderen axialen Seite zumindest über einen teilweisen Radialabschnitt von einer zweiten Diffusorscheibe (DF2) begrenzt wird, wobei der Radialdiffusor (RTF) Leitschaufeln (DV) aufweist, die den Radialdiffusor (RTF) in einem Radialbereich in Umfangsrichtung (CD) in Strömungspassagen segmentieren, wobei die zweite Diffusorscheibe (DF2) - eine Öffnung (OP) zum Inneren des Radialdiffusors (RDF) verschließend - an dem Spiralgehäuse (VC) lösbar befestigt ist. Zur Effizienzerhöhung und Aufwandsreduktion ist vorgesehen, dass die Leitschaufeln (DV) an der ersten Diffusorscheibe (DF1) lösbar befestigt sind. Zur Einsparung von Aufwand und Kosten wird vorgeschlagen, dass die Leitschaufeln (DV) an der ersten Diffusorscheibe (DF1) lösbar befestigt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Spiralgehäuse einer Radialturbomaschine, umfassend eine Sammelspirale, die sich spiralartig in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse der Turbomaschine erstreckt, umfassend einen Radialdiffusor, der sich radial zwischen einem Laufrad und der Sammelspirale strömungsleitend befindet, wobei der Radialdiffusor auf einer axialen Seite von einer ersten Diffusorscheibe und auf der anderen axialen Seite zumindest über einen teilweisen Radialabschnitt von einer zweiten Diffusorscheibe begrenzt wird, wobei der Radialdiffusor Leitschaufeln aufweist, die den Radialdiffusor in einem Radialbereich in Umfangsrichtung in Strömungspassagen segmentieren, wobei die zweite Diffusorscheibe - eine Öffnung zum Inneren des Radialdiffusors verschließend - an dem Spiralgehäuse lösbar befestigt ist.
  • Daneben betrifft die Erfindung eine Radialturbomaschine mit einem entsprechenden Spiralgehäuse und ein Verfahren zur Montage des Spiralgehäuses unter Ausnutzung der konstruktiven Besonderheiten.
  • An radialen Turbomaschinen, insbesondere, wenn diese als Bestandteil von Getriebeturboverdichtern ausgebildet sind, werden regelmäßig Nachleitbeschaufelungen im radialen Strömungskanal der Spiralgehäuse eingesetzt. Derartige Anordnungen sind bereits aus der US 4,877,369 A1 bekannt betreffend Diffusoren mit einer Leitbeschaufelung, ebenso aus der US 4,824,325 A1 . Betreffend ein Spiralgehäuse am Austritt aus einem radialen Turboverdichter offenbart die WO 2015/077380 A1 bereits Stand der Technik. Die Figur der KR 2014106975 A zeigt einen radialen Turboverdichter, vermutlich als Bestandteil eines Getriebeturboverdichters in einstufiger Ausführung mit fliegender Lagerung, wobei der Impeller bzw. das Laufrad austrittseitig in einen Radialdiffusor mündet, wobei stromabwärtig eine Sammelspirale angeordnet ist.
  • Die Leitbeschaufelung im Radialdiffusor am Austritt aus dem Impeller bzw. dem Laufrad werden vorgesehen, da mit dem Anschluss an das radial abströmende Laufrad die sichelförmigen Schaufeln die Strömung ausrichten zum Zwecke der Verbesserung des Wirkungsgrades und Erweiterung des effizient nutzbaren Fahrbereichs des Verdichters. Herkömmliche Bauweisen sehen in der Regel vor, dass die Leitbeschaufelung direkt an einer Diffusorscheibe einstückig ausgebildet bzw. spanend herausgearbeitet, insbesondere angefräst wird.
  • Zum Zwecke der Montage wird diese Leitbeschaufelung axial in das Spiralgehäuse als Bestandteil des Radialdiffusors eingeschoben. Häufig kommt es hierbei vor, dass die maximale radiale Außenabmessung der Diffusorscheibe umfassend die Leitschaufeln von der Öffnung des Spiralgehäuses radial begrenzt ist. Dieser Begrenzung unterliegen auch die stirnseitig angefrästen Diffusorschaufeln. Aus aerodynamischen Gesichtspunkten kommt es regelmäßig vor, dass die Diffusorschaufeln bevorzugt mit einer längeren radial nach außen reichenden Erstreckung eine bessere Effizienz und einen noch größeren Fahrbereich der Maschine zur Folge hätten. Rein aus der aerodynamischen Auslegung heraus würden die Leitschaufeln über den sonstigen Außenradius der Diffusorscheibe bzw. der Öffnung hinaus ragen. Als Kompromisslösung werden die Diffusorschaufeln mit dieser radialen Erstreckung aerodynamisch ausgelegt, die sich radial über die zur Montage zur Verfügung stehende Öffnung hinaus erstreckt. Der überstehende Anteil dieser Diffusorschaufeln wird dann schlicht fortgelassen oder abgefräst, damit eine Montage der Maschine möglich ist. In diesem Zusammenhang spricht man auch von kupierten Leitschaufeln. Dementsprechend kommt es zur aerodynamisch nicht optimalen Umsetzungen des Radialdiffusors zwischen dem Laufrad- bzw. Impeller-Austritt und dem Eintritt in die Sammelspirale.
  • Ein weiterer Nachteil der angefrästen Ausführung liegt darin, dass das ohnehin schon radial verhältnismäßig große Rohteil der Diffusorscheibe axial ausreichend groß für die Ausbildung der Leitschaufeln ausgeführt werden muss. Dieses relativ große Rohteil bedarf für die Anfräsung der Leitschaufeln außerdem einer verhältnismäßig großen Bearbeitungsmaschine, so dass die Fertigungskosten signifikant ansteigen.
  • Zur Vermeidung der angeführten Nachteile wird ein Spiralgehäuse bzw. eine Radialturbomaschine bzw. ein Verfahren zur Montage des Spiralgehäuses der eingangs genannten Art mit den zusätzlichen Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Die jeweils rückbezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Unter einer Spirale bzw. unter spiralartig versteht die Erfindung grundsätzlich eine Kurve, die um einen Punkt oder eine Achse verläuft und sich je nach Betrachterperspektive von diesem/r entfernt oder annähert. Das Spiralgehäuse weist in diesem Sinn mindestens eine sich entlang einer Umfangsrichtung erstreckende Begrenzungswand auf, die sich zur Rotationsachse genau derartig geometrisch verhält. Diese mindestens eine Begrenzungswand kann eine radiale oder eine axiale oder eine schräg zu diesen Richtungen begrenzende Wand der Sammelspirale sein. Bevorzugt ist die Sammelspirale im Querschnitt rund ausgebildet und verändert die Querschnitts-Fläche entlang der Umfangsrichtung.
  • In der Begriffswelt der Erfindung beziehen sich Angaben, wie radial, tangential, axial stets auf die Rotationsachse des Radialturboverdichters, sofern keine andere Angabe hiervon eine Ausnahme anzeigt. Die Begriffe "inneres", "äußeres" damit semantisch verwandte Begriffe beziehen sich stets auf den Innenraum der Radialturbomaschine, in dem auch das Laufrad angeordnet ist und der begrenzt wird von dem Spiralgehäuse bzw. auf den Bereich außerhalb des Spiralgehäuses, der nicht dem Innenraum zuzurechnen ist.
  • Durch die erfindungsgemäße modulare Aufspaltung zwischen der Diffusorscheibe und den Leitschaufeln ergibt sich eine größere Flexibilität hinsichtlich der Gestaltung des Radialdiffusors und der Montage. Zusätzlich wird nur noch ein kleineres Rohteil für die Diffusorscheibe benötigt, wobei die Leitschaufeln aus Rohteilen eines sehr viel geringeren Abmaßes gefertigt werden können. Grundsätzlich richtet sich die Erfindung auf Spiralgehäuse mit einem Radialdiffusor, der nicht verstellbare Leitschaufeln aufweist. Die Leitschaufeln sind in ihrer Winkelposition fest angebracht. Grundsätzlich können die Leitschaufeln auch mehrere Stufen aufweisen, die radial hintereinander angeordnet sind, zumindest nicht radial alle auf dem gleichen Durchmesser mit ihrer Eintrittskante sich befinden.
  • Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Radialturbomaschinen, bei denen das Laufrad im Durchmesser größer als ein Meter ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft lässt sich die Erfindung für Getriebeturboverdichter anwenden, bei denen die zweite Diffusorscheibe axial zwischen dem Getriebe bzw. dem Getriebegehäuse und dem Laufrad vorgesehen ist.
  • Besonders zweckmäßig sind die Leitschaufeln an der ersten Diffusorscheibe mittels Befestigungselementen lösbar befestigt. Hierbei ist es insbesondere sinnvoll, wenn die Öffnung derart ausgebildet ist, dass die Befestigungselemente durch die Öffnung, die mittels der zweiten Diffusorscheibe verschließbar ausgebildet ist, von außen zugänglich gelöst oder befestigt werden können. Hierbei ist es sinnvoll, wenn die Leitschaufeln an der zweiten Diffusorscheibe mit einer axialen Stirnseite im geschlossenen Zustand des Spiralgehäuses anliegen. Dieser Kontakt reduziert eine ungewollte Bypasströmung neben den von den Leitschaufeln gebildeten Strömungspassagen.
  • Die zweite Diffusorscheibe kann für diese axiale Stirnseite der Leitschaufeln auch Ausnehmungen aufweisen, die die Bypassströmung zusätzlich reduzieren und die Leitschaufeln in ihrer Position gegebenenfalls formschlüssig festlegen können. Ein weiterer Vorteil des anliegenden Kontaktes zwischen der zweiten Diffusorscheibe und der axialen Stirnseite der Leitschaufeln kommt zum Tragen, wenn die Befestigungselemente zumindest teilweise in Ausnehmungen angeordnet sind, die in dieser axialen Stirnseite axial sich erstreckend vorgesehen sind, derart, dass bei angebauter zweiter Diffusorscheibe die zweite Diffusorscheibe die Mündungen der Ausnehmungen für die Befestigungselemente insbesondere gegenüber der Strömung abdeckt. Auf diese Weise kann die Strömung an diesen Ausnehmungen keine ungewollten Turbulenzen verursachen und gegebenenfalls zu Erosionsschäden führen und weiterhin sind die Befestigungselemente durch das Anliegen der zweiten Diffusorscheibe an der Stirnseite und das Verdecken der Ausnehmungen gegen ein vollständiges Lösen bzw. Loslösen gesichert.
  • Aus strömungstechnischen Erwägungen und aus mechanischen Gesichtspunkten heraus ist es sinnvoll, wenn die erste Diffusorscheibe Ausnehmungen an den Stellen der Leitschaufeln aufweist, wobei die Leitschaufeln einen Sockel aufweisen können, wobei die Anbringung der Leitschaufeln an der ersten Diffusorscheibe vorsieht, dass die Sockel der Leitschaufeln jeweils in Axialrichtung geführt in die Ausnehmung eingesetzt werden. Auf diese Weise entsteht ein Formschluss senkrecht zur Axialrichtung aufgrund der Einpassung des Sockels in die Ausnehmungen. Der Sockel der Leitschaufeln kann hierbei entweder genau das Profil eines Schaufelblattes der Leitschaufeln aufweisen oder von diesem Profil des Schaufelblattes abweichen. Da das Schaufelblattprofil regelmäßig eine verhältnismäßig komplizierte Kontur ist, die einen hohen Fertigungsaufwand erfordert, ist es sinnvoll, wenn der Sockel eine einfachere Geometrie aufweist, so dass die Ausnehmung, in die der Sockel eingesetzt wird, ebenfalls eine nur einfache Querschnittsgeometrie aufweist. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn der Sockel gegenüber dem Schaufelblatt eine abweichende Geometrie aufweist und gegenüber dem Schaufelblatt etwas größer ausgebildet ist hinsichtlich einer oberflächennormalen Richtung des Schaufelblattes. Der Einfachheit wegen kann das Schaufelblatt zylindrisch ausgebildet sein, also mit einem konstanten Profilquerschnitt.
  • Die Vorteile der Erfindung kommen bei einer Weiterbildung besonders zweckmäßig zum Tragen, wenn eine Radialerstreckung der Leitschaufeln in der Montageendposition über den maximalen Außenradius der Öffnung hinausgeht, derart, dass eine rein axiale Bewegung der Leitschaufeln in die Montageendposition durch die Öffnung nicht möglich ist, sondern zumindest eine Radialbewegung zusätzlich erfolgen muss. Gegebenenfalls kann auch eine Bewegung in Umfangsrichtung überlagert werden.
  • Auf diese Weise wird die zusätzliche Freiheit infolge der erfindungsgemäßen Modularität der Trennung der Leitschaufeln von der Diffusorscheibe ausgenutzt bei gleichzeitiger Verhinderung, dass die Öffnung, die mit der zweiten Diffusorscheibe zu verschließen ist, radial erweitert wird.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die axiale Bauhöhe des Sockels der Leitschaufel in dem Bereich, der über die Radialerstreckung der Öffnung hinausgeht, gegenüber dem sonstigen Radialbereich reduziert ist, derart, dass eine Einschwenkbewegung der Leitschaufel in die Ausnehmung bei der Montage ermöglicht ist. Mit der Einschwenkbewegung ist in der Terminologie der Erfindung gemeint, dass die Leitschaufel in Annäherung an die Montageendposition zunächst schräg zur Axialrichtung und schräg zur Radialrichtung mit dem Sockel zuerst mit der axial reduzierten Höhe in die Ausnehmung eingeführt werden kann, bevor die Leitschaufel vollständig in die Montageposition radial vorgeschoben werden kann und der Sockel in die Ausnehmung unter Drehung der Leitschaufel um eine Drehachse eingelegt werden kann, bevor die Leitschaufeln mit den Befestigungselementen befestigt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage des Spiralgehäuses sieht vor, dass im Anschluss an das Bereitstellen der Sammelspirale die Leitschaufeln einzeln in eine Montageendposition eingeführt werden. Hierbei wird die bereits definierte Einschwenkbewegung für jede Leitschaufel ausgeführt, bevor die Leitschaufel in der Endposition an der ersten Diffusorscheibe befestigt wird. Nachdem alle Leitschaufeln an der ersten Diffusorscheibe in ihrer Endposition befestigt worden sind, wird die Öffnung des Spiralgehäuses mittels der zweiten Diffusorscheibe verschlossen. Gegebenenfalls finden andere Montageschritte, die nicht im essentiellen Zusammenhang mit der Erfindung stehen, auch zwischen diesen beschriebenen Schritten statt.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf dieses spezielle Ausführungsbeispiel beschränkt und außerdem ist es möglich, den Gegenstand der Patentansprüche jeweils beliebig miteinander zu kombinieren, ohne dass ein expliziter Rückbezug vorgesehen ist, soweit der Fachmann derartige Kombinationen als sinnvoll auszuführen erkennt.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Spiralgehäuses einer Radialturbomaschine,
    Figur 2
    ein Längsschnitt durch einen Teil der Radialturbomaschine im Bereich des Radialdiffusors, und
    Figur 3
    eine einzelne Leitschaufel in dreidimensionaler Wiedergabe.
  • Figur 1 zeigt schematisch dreidimensional ein erfindungsgemäßes Spiralgehäuse VC einer Radialturbomaschine RTM. In einem Radialbereich eines Radialdiffusors RTF sind Leitschaufeln DV vorgesehen, die - wie auch in Figur 2 dargestellt - aus einem Laufrad IMP austretendes Prozessfluid hinsichtlich eines stromabwärtigen Einströmwinkels in eine Sammelspierale CV ausrichten. Das Laufrad ist rotierend um eine Rotationsachse X angeordnet, um die sich auch die Sammelspirale CV und der Radialdiffusor RTF in Umfangsrichtung erstrecken. Die Leitschaufeln DV segmentieren den radial zwischen dem Laufradaustritt und dem Eintritt in die Sammelspirale CV befindlichen Radialdiffusor RTF in Umfangsrichtung in Strömungspassagen für das Prozessfluid. Der Radialdiffusor RTF wird linksseitig begrenzt durch eine erste Diffusorscheibe DF1 und gegenüber liegend auf der rechten Seite von einer zweiten Diffusorscheibe DF2. Die Leitschaufeln DV befinden sich zwischen diesen beiden Diffusorscheiben DF1, DF2. An der ersten Diffusorscheibe DF1 sind die Leitschaufeln lösbar befestigt angebracht.
  • Wie auch in Figur 3 ersichtlich, weisen die Leitschaufeln ein Schaufelblatt AF und einen Sockel PF auf. Der Sockel PF ist abweichend von dem Profil des zylindrischen Schaufelblatts AF in der normalen Richtung der Schaufelblattoberfläche dicker ausgeführt und weist eine einfache Geometrie auf. In der Montageendposition in der ersten Diffusorscheibe DF1 der Leitschaufeln DV befindet sich der Sockel PF jeweils formschlüssig eingepasst in einer für die Leitschaufel vorgesehene Ausnehmung RS in der ersten Diffusorscheibe DF1. Der Sockel PF ist hierbei derart ausgebildet, dass sich die Ausnehmung schlicht mit einem zylindrischen Fräser in einer geradlinigen Bewegung in der ersten Diffusorscheibe DF1 herstellen lässt. Die zweite Diffusorscheibe DF2 ist in Figur 2 dargestellt und in der Figur 1 eine Öffnung OP freigebend fortgelassen. Durch die Öffnung OP werden die einzelnen Leitschaufeln in ihrer Montageendposition in der ersten Diffusorscheibe DF1 in die Ausnehmungen RS eingeführt. Dieses Einführen entspricht einer Schwenkbewegung bzw. einem Einschwenken. Eine rein axiale Bewegung der Leitschaufeln DV in diese Montageendposition ist nicht möglich, weil die Öffnung OP hierzu nicht groß genug ausgebildet ist. Stattdessen besteht die Einschwenkbewegung darin, dass eine axial und radial kombinierte Bewegung zur Einführung des Sockels PF in die Ausnehmung RS vorgesehen ist. Die Leitschaufeln DV sind mit nur geringem Spiel in den Strömungskanal des Radialdiffusors axial eingepasst. Damit dennoch die Leitschaufeln DV mit ihrem radial überstehenden Ende in die Montageendposition verbracht werden können, weist der Sockel PF in dem Bereich der radial über steht eine reduzierte axiale Höhe bzw. Fase FA auf. Auf diese Weise können die Leitschaufeln schräg zur Rotationsachse X der Montageendposition angenähert werden und radial und axial soweit verschoben werden, dass zunächst die radial vorstehende Seite der Leitschaufel DV der Montageendposition bzw. der ersten Diffusorscheibe DF1 am nächsten ist. Unter gleichzeitiger radialen Axialbewegung sowie unter Drehung der Leitschaufel DV um eine Achse senkrecht zur Rotationsachse X und im Wesentlichen senkrecht zur Seitenfläche des Sockels PF ist es möglich, die Leitschaufel DV in den Radialdiffusor in die Montageendposition einzusetzen obwohl die Öffnung OP eine nur geringere Radialerstreckung hat als die Montageendposition der Leitschaufel DV einen maximalen Durchmesser aufweist.
  • Im Anschluss an das Einsetzen des Sockels PF der Leitschaufel DV in die Ausnehmung RS werden Befestigungselemente FE benutzt, die Leitschaufel DV der ersten Diffusorscheibe zu befestigen. Zweckmäßig werden hierfür Schrauben benutzt, die in Vertiefungen FERE, bzw. Ausnehmungen, insbesondere Bohrungen - vorgesehen auf einer ersten axialen Stirnseite FFA1 der Leitschaufeln DV - eingeschraubt werden. Die Vertiefungen FERE, in denen die Befestigungselemente FE eingesetzt worden sind, werden von der zweiten Diffusorscheibe abgedeckt, wenn diese sich in ihrer Montageendposition befindet und in dieser Montageendposition an dieser ersten axialen Stirnseite FFA1 der Leitschaufeln zumindest teilweise anliegt bzw. sich an diese annähert (im Rahmen der möglichen Fertigungstoleranzen).
  • Das erfindungsgemäße Montageverfahren erfolgt im Wesentlichen in den Schritten umfassend:
    1. 1) Bereitstellen der Sammelspirale,
    2. 2) Einschwenken der Leitschaufeln DV,
    3. 3) Befestigen der Leitschaufeln DV in ihrer Montageendposition mittels Befestigungselementen FE,
    4. 4) Wiederholen des Schrittes 3), bis alle Leitschaufeln DV in ihrer Montageendposition befestigt sind,
    5. 5) Verschließen der Öffnung OP mittels der zweiten Diffusorscheibe DF2.

Claims (9)

  1. Spiralgehäuse (VC) einer Radialturbomaschine (RTM), umfassend eine Sammelspirale (CV), die sich spiralartig in Umfangsrichtung (CD) um eine Rotationsachse (X) der Turbomaschine (RTM) erstreckt,
    umfassend einen Radialdiffusor (RDF), der sich radial zwischen einem Laufrad (IMP) und der Sammelspirale (CV) strömungsleitend befindet,
    wobei der Radialdiffusor (RDF) auf einer axialen Seite von einer ersten Diffusorscheibe (DF1) und auf der anderen axialen Seite zumindest über einen teilweisen Radialabschnitt von einer zweiten Diffusorscheibe (DF2) begrenzt wird, wobei der Radialdiffusor (RTF) Leitschaufeln (DV) aufweist, die den Radialdiffusor (RTF) in einem Radialbereich in Umfangsrichtung (CD) in Strömungspassagen segmentieren, wobei die zweite Diffusorscheibe (DF2) - eine Öffnung (OP) zum Inneren des Radialdiffusors (RDF) verschließend - an dem Spiralgehäuse (VC) lösbar befestigt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Leitschaufeln (DV) an der ersten Diffusorscheibe (DF1) lösbar befestigt sind.
  2. Spiralgehäuse(VC) nach Anspruch 1,
    wobei die Leitschaufeln (DV) an der ersten Diffusorscheibe (DF1) mittels Befestigungselementen (FE) lösbar befestigt sind, insbesondere derart, dass die Befestigungselemente (FE) durch die Öffnung (OP) von außen zugänglich gelöst oder befestigt werden können.
  3. Spiralgehäuse (VC) nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2,
    wobei die erste Diffusorscheibe (DF1) Ausnehmungen (RS) an den Stellen der Leitschaufeln (DV) aufweist,
    wobei die Leitschaufeln (DV) einen Sockel (PF) aufweisen, wobei die Anbringung der Leitschaufeln (DV) an der ersten Diffusorscheibe (DF1) vorsieht, dass die Sockel (PF) der Leitschaufeln (DV) jeweils in Axialrichtung zu führen in die Ausnehmungen (RS) eingesetzt werden.
  4. Spiralgehäuse (VC) nach mindestens dem vorhergehenden Anspruch 3,
    wobei die Leitschaufeln (DV) im direkten Anschluss an den Sockel (PF) ein Schaufelblatt (AF) aufweisen, wobei sich das Schaufelblatt (AF) axial von der ersten Diffusorscheibe (DF1) bis zur zweiten Diffusorscheibe (DF2) erstreckt.
  5. Spiralgehäuse (VC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen 2, 3, 4,
    wobei die Leitschaufeln (DV) an der zweiten Diffusorscheibe (DF2) mit einer axialen Stirnseite (FFA1) anliegen, wobei die Befestigungselemente (FE) zumindest teilweise in Vertiefungen (FERE) angeordnet sind, die in dieser axiale Stirnseite (FFA1) axial sich erstreckend vorgesehen sind, derart, dass bei angebrachter zweiter Diffusorscheibe (DF2) die zweite Diffusorscheibe (DF2) die Mündungen der Vertiefungen (FERE) für die Befestigungselemente (FE) abdeckt.
  6. Spiralgehäuse (VC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen 1 bis 5,
    wobei eine Radialerstreckung der Leitschaufeln (DV) in der Montageendposition über den maximalen Außenradius der Öffnung (OP) hinausgeht, derart, dass eine rein axiale Bewegung der Leitschaufeln in die Montageendposition durch die Öffnung (OP) nicht möglich ist, sondern zusätzlich eine Radialbewegung erfolgen muss.
  7. Spiralgehäuse(VC) nach mindestens dem vorhergehenden Anspruch 3 ,
    wobei die axiale Bauhöhe des Sockels (PF) der Leitschaufel (DV) in dem Bereich, der über die Radialerstreckung der Öffnung (OP) hinaus geht, gegenüber dem sonstigen Radialbereich reduziert ist derart, dass eine Einschwenkbewegung der Leitschaufel in die Ausnehmung bei der Montage ermöglicht ist.
  8. Radialturbomaschine (RTM) mit einem Spiralgehäuse (VC) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7.
  9. Verfahren zur Montage eines Spiralgehäuses nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 mit den folgenden Schritten:
    a. Bereitstellen der Sammelspirale (CV),
    b. Einführen der Leitschaufel (DV) in eine Montageendposition der Leitschaufel an der ersten Diffusorscheibe (DF1) auch zumindest teilweise radial in dem Bereich, der über die Radialerstreckung der Öffnung (OP) radial hinaus geht, wobei die Bewegung der Leitschaufel (DV) in die Montageendposition relativ zu der ersten Diffusorscheibe (DF1) und dem sonstigen Spiralgehäuse (VC) in der Art einer Einschwenkbewegung abläuft,
    c. Befestigung der Leitschaufel (DV) an der ersten Diffusorscheibe (DF1
    d. Wiederholung der Schritte 2., 3. für mehrere Leitschaufeln (DV),
    e. Verschließen der Öffnung (OP) mittels der zweiten Diffusorscheibe (DF2).
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