EP3183079B1

EP3183079B1 - Gehäusegussmodell, gehäusebaureihe, verfahren zur erzeugung eines gegossenen gehäuses einer radialturbofluidenergiemaschine

Info

Publication number: EP3183079B1
Application number: EP15763591.3A
Authority: EP
Inventors: Sebastian Huth; Dieter Nass
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2035-09-16
Also published as: CN107073561A; RU2669133C1; DE102014218945A1; WO2016042004A1; EP3183079A1

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrteiliges Gehäusegussmodell zur Herstellung des Gussgehäuses der Radialturbofluidenergiemaschine.
Die Erfindung betrifft eine Gehäusebaureihe einer Baureihe einer Radialturbofluidenergiemaschine.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Gussgehäuses einer Radialturbofluidenergiemaschine umfassend die Schritte:

a) Zusammenstellung eines Gehäusegussmodells,
b) Abformen des zusammengestellten Gehäusegussmodells,
c) Gießen des Gehäuses.

In der Folge - insbesondere in der Figurenbeschreibung, wird häufig auf ein Gussgehäuse einer Radialturbofluidenergiemaschine Bezug genommen auch wenn sich die Erfindung zu erheblichen Anteilen stattdessen mit einem Gehäusegussmodell beschäftigt. Dies ist insbesondere darin begründet, dass Gehäusegussmodelle aufgrund des Abformens und Abgießens - was eine Kopie der Form entspricht - bis auf für die Erfindung unwesentliche Differenzen formidentisch mit den Gussgehäusen sind.
In diesem Dokument wird auch häufig auf Eigenschaften, Vorteile und Merkmale von Radialturbofluidenergiemaschine Bezug genommen, wobei die Erfindung sich mit einem Gehäusegussmodell, einer Gehäusebaureihe und Verfahren zur Erzeugung eines gegossenen Gehäuses einer Radialturbofluidenergiemaschine beschäftigt. Dies ist darin begründet, dass Vorteile an der Radialturbofluidenergiemaschine in der Beschaffenheit der erfindungsgemäßen Gegenstände und Verfahren begründet sind. Diese gedankliche Zusammenführung ist in der Folge nicht immer wiederholt dargelegt.
Radialturbofluidenergiemaschinen, für die die mittels der eingangs vorgestellten Gegenstände und Verfahren hergestellten Gehäuse bestimmt sind, finden als Turboverdichter häufig Anwendung in Form von Pipelinekompressoren zur Förderung von Erdgas.
Die Gegebenheiten an Gehäusen für eine Radialturbofluidenergiemaschine, die mittels der eingangs vorgestellten Gegenstände und Verfahren hergestellt worden sind, sind vorliegend für die Ausbildung der Radialturbofluidenergiemaschine als Radialturboverdichter beschrieben. Bei der ebenfalls erfindungsgemäß möglichen Ausbildung der Radialturbofluidenergiemaschine als Radialturboexpander ist die Strömungsrichtung eines Prozessfluids gedanklich umzukehren, derart, dass beispielsweise Bezeichnungen, wie "stromabwärts" sich zu "stromaufwärts" ergeben.
In Abhängigkeit von den thermodynamischen Anforderungen an die Radialturbofluidenergiemaschine ist eine bestimmte Anzahl an Laufrädern an dem Rotor vorzusehen und die strömungsführenden Komponenten sind aerodynamisch anzupassen, insbesondere ein spiralförmiger Sammelraum des Gehäuses, auch als Hochdruckspirale bezeichnet, stromabwärts der letzten Verdichterstufe, muss speziell angepasst werden.
Radialturbofluidenergiemaschinen werden in der Regel als kompakte Einheit mit einem Antrieb oder Abtrieb auf einer gemeinsamen Plattform zur Verfügung gestellt. Bei einer Wartung oder einer Inspektion an der Radialturbofluidenergiemaschine ist eine Öffnung eines Gehäuses in der Regel obligatorisch, wobei es bevorzugt ist, einen Aufwand an den sonstigen angeschlossenen Aggregaten zu vermeiden. Insbesondere soll ein Antrieb oder Abtrieb der Radialturbofluidenergiemaschine nicht bewegt werden müssen.
Die mittels der eingangs definierten Gegenstände und Verfahren herzustellenden Gehäuse sind bevorzugt in Topfbauweise konstruiert, so dass es an dem Gehäuse keine sich entlang der zentralen Achse beziehungsweise Rotationsachse erstreckende Teilfuge gibt. Da die Maschinen in der Regel horizontal aufgestellt werden, wird diese Art der Teilfuge dann auch als horizontale Teilfuge bezeichnet. Eine Teilfuge geht mit lokalen, in dem Bereich der Teilfuge notwendigen Materialkonzentrationen einher, die einerseits Bauraum, andererseits zusätzlichen Werkstoff erfordern und außerdem Steifigkeitssprünge in dem Gehäuse verursachen. Die Vermeidung der horizontalen Teilfuge hat bei der Topfbauweise auch den Vorteil, dass unter den mechanischen und thermischen Belastungen an dem Gehäuse keine in Umgangsrichtung asymmetrischen Verformungen auftreten, die zu Ausrichtproblemen und zu Leckagen in der Teilfuge führen können.
In der Terminologie dieses Dokumentes bedeutet die Bezugnahme auf eine Achse stets die Bezugnahme auf die zentrale Erstreckungsachse des Gehäuses - wenn nicht anders angegeben. Vorliegend ist diese zentrale Erstreckungsachse in der Regel nahezu oder absolut identisch mit einer Rotationsachse eines Rotors der Radialfluidenergiemaschine, für die das Gehäuse hergestellt worden ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mittels dem erfindungsgemäßen Gehäusemodells.
Insbesondere sind Begriffe, wie axial, radial, tangential oder Umfangsrichtung auf diese Achse bezogen.
Die bevorzugte Anwendung der Erfindung sind die Gehäuse von Radialturboverdichtern, insbesondere ausgebildet als Pipelineverdichter zur Verdichtung von Erdgas. Alternativ kann das erfindungsgemäße Gehäuse einer Radialturbofluidenergiemaschine auch für einen Expander verwendet werden. Im Wesentlichen ist eine derartige Ausbildung identisch unter Umkehr der Strömungsrichtung.
Die Begriffe "Hochdruck" und "Niederdruck" sind im Rahmen dieses Dokumentes derart zu verstehen, dass im Normalbetrieb der erfindungsgemäßen Maschine im Bereich des Niederdrucks ein geringerer Druck herrscht als im Bereich des Hochdrucks. Niederdruck bedeutet nicht zwingend, dass sich das dort herrschende Druckniveau in der Größenordnung des atmosphärischen Druckes oder darunter befindet.
In Figur 5 ist eine herkömmliche Radialturbofluidenergiemaschine in Form eines Radialverdichters als Längsschnitt schematisch wiedergegeben. Diese Darstellung dient der Illustration der bisherigen Gehäusekonstruktion. Die gezeigte Radialturbofluidenergiemaschine RFM umfasst einen Rotor R, der sich entlang einer Achse X erstreckt und die Impeller IMP umfasst, im einzelnen in Strömungsrichtung: einen ersten Impeller IMP1, einen zweiten Impeller IMP 2 und einen dritten Impeller IMP3. Ein Prozessfluid PF gelangt durch den Einlass eines Gehäuses CAS in das Innere der Maschine und wird mittels der Impeller IMP und mittels zwischen den Impellern stationär angeordneter Zwischenböden auf einen Enddruck verdichtet. Nach dem dritten Impeller IMP3 wird das Prozessfluid PF in einer Hochdruckspirale HSP gesammelt, bevor es das Gehäuse CAS durch einen Austritt radial verlässt. Das Gehäuse CAS umfasst im Wesentlichen einen Gehäusemantel CCV, auf einer Niederdruckseite einen Niederdruckdeckel LPC und auf einer Hochdruckseite einen Hochdruckdeckel HPC.
Die Hochdruckspirale HSP beansprucht so viel radialen Bauraum, dass das Gehäuse CAS unter Optimierung des Materialbedarfs und des Bauraumbedarfs glockenförmig ausgebildet ist, wobei der größere Außen- und Innendurchmesser auf der Hochdruckseite bedingt durch die Hochdruckspirale HSP vorgesehen ist.
Dementsprechend groß muss der Hochdruckdeckel HPC des Gehäuses CAS insbesondere hinsichtlich des Durchmessers ausgebildet sein und aufgrund des Druckes auch hinsichtlich seiner Stärke hinreichend dimensioniert und an dem Gehäusemantel CCV aufwändig befestigt werden. Der Durchmesser der Hochdruckspirale und damit des Hochdruckdeckels prägt die Gesamtgröße der Maschine und verursacht hohe Kosten.
Aufgrund der erforderlichen Glockenform des Gehäuses CAS ist die Mantelfläche auch nicht annähernd zylindrisch und Wände der Mantelfläche sind gebogen. Das wegen der Abmessungen der Hochdruckspirale HSP ebenfalls glockenförmig ausgebildete Innenbündel IB kann nur entlang einer ersten axialen Montagerichtung DX1 in das Gehäuse CAS beziehungsweise den Gehäusemantel CCV eingeführt werden. Die Einführung des Innenbündels IB erfolgt durch die Öffnung des Gehäusemantels seitens des Hochdruckdeckels HPC. Infolge der Glockenform auch an dem Innendurchmesser des Gehäuses CAS ist eine Abstützung des Innenbündels IB in dem Gehäusemantel nicht möglich während der Montage, so dass man mit einem sogenannten Schachtelhalm das Innenbündel IB entlang des Rotors verlängert und außerhalb des Gehäuses CAS auf der Niederdruckseite oder an dem Niederdruckdeckel den Schachtelhalm (z.B. Fig 3, 4, 5 der EP 2 045 472 A1 ) gegen die Gewichtskraft des Rotors abstützt, so dass eine axiale Einführung des Innenbündels IB in Richtung der ersten Montagerichtung DX1 ohne behindernden Kontakt des Innenbündels IB auf der Innenseite des Gehäusemantels CCV erfolgen kann.
Diese Art der Montage ist sehr aufwändig und erfordert regelmäßig die zusätzliche Lieferung von Spezialwerkzeugen, insbesondere des Schachtelhalms, dessen Bereitstellung mit signifikanten Zusatzkosten einhergeht.
Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Ausbildung der Radialturbofluidenergiemaschine RFM gemäß Figur 5 besteht in den gewaltigen Abmessungen des Hochdruckdeckels HPC, der sich in seinem Durchmesser an der zu dem Innenbündel IB gehörenden Hochdruckspirale HSP orientiert. Der große Durchmesser bedingt auch eine massive Dicke des Hochdruckdeckels HPC und erfordert besonders zuverlässige stationäre Abdichtungen des Hochdruckdeckels HPC zu dem Gehäusemantel CCV, wobei der Gehäusemantel CCV im Hochdruckbereich zusätzlich durch die Befestigung des Hochdruckdeckels HPC mittels Schrauben SCR geschwächt ist. Das hohe Gewicht des Hochdruckdeckels HPC erfordert darüber hinaus besondere Maßnahmen auch im Rahmen der Montage zur Abstützung und Führung des Hochdruckdeckels HPC und eine besondere Sorgfalt, damit die Abdichtung des Hochdruckdeckels HPC im Fügevorgang nicht zerstört wird.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, das Gehäusegussmodell, die Gehäusebaureihe und das Verfahren zur Erzeugung eines gegossenen Gehäuses einer Radialturbofluidenergiemaschineso zu verbessern, dass zumindest einige der oben angeführten Nachteile zumindest teilweise vermieden werden.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Gussgehäuses der eingangs definierten Art mit den zusätzlichen Merkmalen des Verfahrensanspruchs vor.
Daneben schlägt die Erfindung ein neuartiges Gehäusegussmodell vor.
Daneben schlägt die Erfindung eine neuartige Gehäusebaureihe vor.
Jeweils auf unabhängige Ansprüche zurückbezogene Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Variabilität der Gestaltung des für die Radialturbofluidenergiemaschine benötigten Gehäuses, wobei das Gehäuse strömungstechnisch vorteilhaft als Gussbauteil bereitgestellt wird und für eine Vielzahl von Geometrien für die Hochdruckspirale nicht die gleiche Anzahl an vollständigen Gussgehäusemodellen bereitgestellt werden muss. Die verschiedenen auswählbaren Hochdruckgehäusemantelmodelle und Niederdruckgehäusemantelmodelle müssen an den sich jeweils gegenüberstehenden und einander anzufügenden Stirnflächen lediglich eine identische Geometrie bzw. Querschnittsgeometrie aufweisen, so dass ein weitestgehend glatter Übergang zwischen den zusammengefügten Modellteilen gewährleistet ist. Geht man von dem in Figur 3 gezeigten Beispiel aus, zeigt sich, dass bei einer erreichbaren Typenvielfalt von zehn verschiedenen Geometrien für den gesamten Gehäusemodellmantel lediglich fünf Hochdruckteile und zwei Niederdruckteile bereitgestellt werden müssen. Diese Ersparnis addiert sich zu der besonderen Materialersparnis, die sich aus der Gestaltung des Gehäuses als Gussbauteil mit integrierter Hochdruckspirale ergibt. Die spezielle Modularisierung, die der Erfindung zugrunde liegt, ermöglicht es, die Hochdruckspirale nicht an einen in das Gehäuse einzuführenden Innenbündel vorzusehen sondern als integralen Bestandteil des Gehäuses auszuführen. Dadurch reduziert sich der Durchmesser des Innenbündels, so dass die Maschine insgesamt mit einem geringeren radialen Bauraum ausgeführt werden kann. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Hochdrucköffnung eine geringere Weite als die Niederdrucköffnung aufweist und dementsprechend der Deckel für die Hochdrucköffnung beziehungsweise der Hochdruckmodelldeckel sehr viel kleiner und damit auch materialsparender ausgebildet werden kann.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei Zusammenstellen aus verschiedenen Hochdruckgehäusemantelmodellen ausgewählt werden kann, welche verschiedenen Hochdruckgehäusemantelmodelle zu dem selben Hochdruckmodelldeckel passen bzw. die gleiche Öffnung vorsehen, die mittels des Hochdruckmodelldeckels zu verschließen ist.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei Zusammenstellen aus verschiedenen Niederdruckgehäusemantelmodellen ausgewählt werden kann, welche verschiedenen Niederdruckgehäusemantelmodelle zu dem selben Niederdruckmodelldeckel passen bzw. die gleiche Öffnung vorsehen, die mittels des Niederdruckmodelldeckels zu verschließen ist.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Gehäusemodellmantel derart ausgebildet ist, dass das damit herzustellende Gussgehäuse in Axialrichtung ungeteilt ausgebildet ist.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Gehäusemodellmantel derart ausgebildet ist, dass das damit herzustellende Gussgehäuse auch in Umfangsrichtung ungeteilt ausgebildet ist. Die ungeteilte Ausbildung des Gehäusemodellmantels in Axialrichtung bezieht sich nur auf die Ausführung des Mantels selbst, wobei dieser mittels des bereits beschriebenen Hochdruckdeckels und Niederdruckdeckels axial verschließbar ausgebildet ist.
Zweckmäßig ist zumindest der Bereich der Hochdruckmodellspirale mit Versteifungsrippenmodellen ausgeführt, so dass die Wandstärke der Hochdruckmodellspirale beziehungsweise der Hochdruckspirale geringer ausgeführt werden kann, weil die Hochdruckspirale auf diese Weise Rippen-versteift ausgeführt ist.
Die Bauteilvielfalt wird weiter reduziert, wenn das Gehäusegussmodell mindestens ein Aufstellfußmodell umfasst, mittels dessen mindestens ein Aufstellfuß modelltechnisch an das sonstige Gussgehäuse anformbar ist.
Besonders zweckmäßig, insbesondere bei einer Ausbildung der herzustellenden Radialturbofluidenergiemaschine ist es, wenn ein Austrittsstutzenmodell als lösbarer Bestandteil des Gehäusegussmodells für den Austrittsstutzen vorgesehen ist und eine Erstreckungsrichtung entlang einer Austrittsstutzenachse sich aus der Ausbildung und Anbringung ergibt und ein Eintrittsstutzenmodell als lösbarer Bestandteil des Gehäusegussmodells für den Eintrittsstutzen vorgesehen ist, wobei der Eintrittsstutzen sich entlang einer Erstreckungsrichtung einer Eintrittsstutzenachse erstreckt, wobei das Gehäusegussmodell und die Ausbildung und Anbringung der Stutzenmodelle derart ausgebildet ist, dass die Eintrittsstutzenachse und die Austrittsstutzenachse bei einer Aufstellung der Radialturbofluidenergiemaschine mit horizontalverlaufender Achse im Wesentlichen in einer identischen Horizontalebene liegen.
Besonders zweckmäßig lassen sich mittels der Erfindung Gehäusebaureihen herstellen, die jeweils Bestandteile einer Radialturboenergiemaschine sind.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher beschrieben. Neben dem Ausführungsbeispiel und neben den expliziten Rückbezügen und den daraus entstehenden Merkmalskombinationen der Ansprüche gibt es für den Fachmann weitere Kombinationsmöglichkeiten der hier offenbarten Merkmale, die ebenfalls der Erfindung zuzurechnen sind. Es zeigen:

Figur 1: einen schematischen Längsschnitt durch ein Gehäusegussmodell nach der Erfindung,
Figur 2: eine schematische dreidimensionale Ansicht eines Gehäusegussmodells nach der Erfindung,
Figur 3: eine schematische Wiedergabe des Zusammenstellens eines Gehäusegussmodells,
Figur 4: ein schematischer Längsschnitt durch eine Radial-turbofluidenergiemaschine mit einem Gussgehäuse hergestellt nach der Erfindung,
Figur 5: einen schematischen Längsschnitt durch eine Radial-turbofluidenergiemaschine herkömmlicher Bauart,

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch ein mehrteiliges (also nicht einteiliges) Gehäusegussmodell CASM umfassend einen Gehäusemodellmantel CCVM, einen Hochdruckmodelldeckel HCVM und einen Niederdruckmodelldeckel LCVM. Figur 2 zeigt ein Gehäusegussmodell dieses Gehäuses in schematischer dreidimensionaler Ansicht nach der Erfindung.
Der Hochdruckmodellmantel CCVM erstreckt sich entlang einer Achse X von einer Hochdruckseite HPS zu einer Niederdruckseite LPS. Der Gehäusemodellmantel CCVM ist in einer Axialebene senkrecht zur Achse X in einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Teilfuge SPA geteilt in einen Hochdruckmodellmantel HPCVM und einen Niederdruckmodellmantel LPCVM. Der Hochdruckmodellmantel HPCVM ist in einem Axialbereich als eine Hochdruckmodellspirale HSPM mit einer Öffnung für einen Austrittsstutzen ausgebildet. Der Niederdruckmodellmantel LPCVM weist eine Eintrittsöffnung IOC für einen Eintrittsstutzen IFL in das Gussgehäuse CAS auf. In der dreidimensionalen Darstellung der Figur 2 sind das Eintrittsstutzenmodell IFLM und das Austrittsstutzenmodell OFLM dargestellt. Sowohl das Eintrittsstutzenmodell IFLM als auch das Austrittsstutzenmodell OFLM erstrecken sich entlang einer Achse, nämlich einer Eintrittsstutzenachse IFX bzw. einer Austrittsstutzenachse OFX. Das Gehäusegussmodell CASM ist bevorzugt derart ausgebildet, dass bei einer Aufstellung einer entsprechenden Radialturboenergiemaschine, mit einer horizontalen Ausrichtung der Achse X (die auch als Rotationsachse eines Rotors R bei vollständig zusammengestellter Radialfluidturboenergiemaschine RFM vorliegt), wie es auch in Figur 2 abgebildet ist, sind die Eintrittsstutzenachse IFX und die Austrittsstutzenachse OFX in der gleichen Horizontalebene angeordnet. Bei unterschiedlichen thermodynamischen Anforderungen an die in der Figur 4 dargestellte Radialturbofluidenergiemaschine RFM ist die Hochdruckspirale HSP beziehungsweise das Hochdruckspiralenmodell HSPM jeweils in der Größe anzupassen. Deswegen sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass in einem ersten Schritt eine Zusammenstellung des Gehäusegussmodells CASM erfolgt, bevor in einem zweiten Schritt ein Abformen des zusammengestellten Gussgehäusemodells CASM stattfindet und schließlich in einem dritten Schritt ein Gießen des Gehäuses CAS erfolgt. Die Zusammenstellung des Gehäusegussmodells CASM erfolgt unter Anwendung der bereits erläuterten Modularität des Gehäusemodellmantels CCVM und dessen Aufteilung in einen Hochdruckmodellmantel HPCM und einen Niederdruckmodellmantel LPCVM. Je nach thermodynamischer Anforderung erfolgt die Zusammenstellung des Gehäusemodellmantels CCVM aus einer Auswahl verschiedener Niederdruckgehäusemodellmäntel LPCVM und einer Auswahl eines geeigneten Hochdruckgehäusemodellmantels HPCVM aus verschiedenen Modellen, wie dies in Figur 3 dargestellt ist.
Figur 3 zeigt die Möglichkeiten, aus fünf verschiedenen Hochdruckgehäusemodellmänteln HPCVM (HPCVM 1 bis HPCVM 5) und zwei verschiedenen Niederdruckgehäusemodellmänteln LPCVM (LPCVM 1, LPCVM 2) das Gehäusegussmodell CASM gemäß dem Verfahrensschritt a) zusammenzustellen. Die Anzahl der Auswahlmöglichkeiten für die beiden Modellteile ist hier nur beispielhaft. Auf diese Weise kann die Hochdruckgehäusemodellmänteln HPCVM im Sinne eines optimalen Wirkungsgrads ausgewählt werden mit hierzu bestem Erstreckungsverhältnis, Laufradaußendurchmesser und Spiralgrundkreis.
Die verschiedenen Hochdruckgehäusemodellmäntel HPCVM unterscheiden sich insbesondere durch unterschiedlich große Sammelräume SCL der Hochdruckmodellspirale HSPM. Insbesondere die Hochdruckmodellspirale HSPM sieht Versteifungsmodellrippen FINM vor, die insbesondere dem Abguss von Versteifungsrippen zur Versteifung der in Figur 4 dargestellten Hochdruckspirale HSP dienen.
Die Hochdruckmodellspirale HSPM weist einen radial nach außen in den Sammelraum weisenden Spiraleinlass SPI auf. Der Spiralsammelraum SCL der Hochdruckmodellspirale HSPM erstreckt sich radial nach außen ausgehend von dem Spiraleinlass SPI, ringförmig in Umfangsrichtung und in axialer Richtung ausgehend von dem Spiraleinlass SPI in Richtung der Niederdruckseite LPS. Der Spiralaustritt liegt hierbei Sekanten-artig - annähernd tangential zu dem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Spiralsammelraum SCL.
Der Gehäusemodellmantel CCVM ist mit Aufstellfußmodellen SUPM versehen, wobei die Aufstellfußmodelle SUPM sowohl bei einer Aufstellung, wie sie bereits oben mit horizontal sich erstreckender Achse X definiert wurde, das Gehäuse CAS in einer ersten Vertikalorientierung gegen den Untergrund abstützen. Daneben ist vorgesehen, dass auf der gegenüberliegenden Seite der Aufstellfußmodelle SUPM an dem Gehäusemodellmantel CCVM ebenfalls Aufstellfußmodelle vorgesehen sind, so dass das resultierende Gehäuse CAS Aufstellfüße für zwei mögliche Vertikalausrichtungen bei horizontaler Achse X aufweist.
Die in der Figur 4 im Längsschnitt schematisch wiedergegebene Radialturbofluidenergiemaschine RFM weist ein Gussgehäuse CAS auf, das sich entlang einer Achse X erstreckt. Das Gussgehäuse CAS weist einen Gehäusemantel CCV auf, der in Umfangsrichtung ungeteilt ausgebildet ist. Die Radialturbofluidenergiemaschine RFM ist horizontal mit sich horizontal erstreckender Achse X aufgestellt. Auf der in der Figur 2, 4 weiter links wiedergebebenen Seite befindet sich eine axiale Hochdruckseite HPS des Gussgehäuses CAS. Auf der rechts wiedergegebenen Seite befindet sich eine axiale Niederdruckseite LPS. Entlang der Achse X erstreckt sich ein Rotor R der axial aus dem Gehäuse CAS herausgeführt ist. Auf der Hochdruckseite HPS ist der Gehäusemantel CCV des Gehäuses CAS mittels eines Hochdruckdeckels HCV gegenüber der Umgebung verschlossen. Auf der Niederdruckseite LPS ist der Gehäusemantel CCV mittels eines Niederdruckdeckels LCV gegenüber der Umgebung verschlossen. Der Rotor R ist mittels einer Kupplung CUP auf der Hochdruckseite HPS mit einem Antrieb DRI drehmomentübertragend verbunden.
Auf der Hochdruckseite HPS befindet sich ein Radiallager HBR, das an dem Hochdruckdeckel HCV angebracht ist. Auf der Niederdruckseite LPS befinden sich ein Radiallager LBR und ein Axiallager LBA, die an dem Niederdruckdeckel LCV angebracht sind. Sowohl auf der Hochdruckseite HPS als auch auf der Niederdruckseite LPS befinden sich jeweils eine Wellendichtung, nämlich eine Hochdruckwellendichtung HSS und eine Niederdruckwellendichtung LSS, um einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Bewegungsspalt zwischen dem Rotor R und dem jeweiligen Deckel abzudichten. Der Gehäusemantel CCV ist in einer Axialebene senkrecht zur Achse X sich erstreckend in einer mittels einer strichpunktierten Linie angedeuteten und sich in Umfangsrichtung entlang des Gehäusesmantels CCV erstreckenden Teilfuge SPA (Figur 1) zwischen einem Niederdruckgehäusemantel LCV und einem Hochdruckgehäusemantel HCV getrennt ausgebildet und mittels einer Verschraubung, angedeutet durch Schrauben SCR, lösbar zusammengefügt. Die bevorzugte Alternative der Ausbildung des Gehäusemantels CCV besteht darin, dass der Gehäusemantel CCV des Gehäuses CAS in einer Axialebene senkrecht zur Achse X (hier auch mittels der Teilfuge SPA (Figur 1) dargestellt) sich erstreckend einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Übergang zwischen Niederdruckseite LPS und Hochdruckseite HPS aufweist, wobei der Gehäusemantel als Gussteil in Axialrichtung kontinuierlich einstückig ausgebildet ist, in Folge einer vor dem Abformen und Abgießen im Gussverfahren erfolgten Zusammenstellung des Gehäusegussmodells aus einem bestimmten Hochdruckmodellmantel und einem bestimmten Niederdruckmodellmantel. Auf diese Weise gelingt es, verschiedene Hochdruckmantelgeometrien mit Niederdruckmantelgeometrien zu kombinieren, wobei die Gussmodelle nur für die unterschiedlichen Hochdruckmäntel und Niederdruckgehäusemäntel vorzusehen sind.
Der Hochdruckgehäusemantel HCV ist mit einer Hochdruckspirale HSP aufweisend einen Sammelraum SCL versehen, wobei der Sammelraum SCL eine in Umfangsrichtung tangetial und radial nach außen gerichtete Austrittsöffnung OOC und einen radial nach außen weisenden Austrittsstutzen OFL des Gehäuses CAS beziehungsweise Hochdruckgehäusemantels HPCV aufweist. Auf der Niederdruckseite LPS weist der Niederdruckgehäusemantel LPCV eine radiale Eintrittsöffnung IOP auf und einen daran sich gegen die Strömungsrichtung betrachtet sich anschließenden Eintrittsstutzen IFL in das Gussgehäuse CAS. Diese Bauteile sind in der Figur 2 ebenso wie der Austittsstutzen OFL sichtbar.
In dem Eintrittsstutzen IFL befindet sich auch eine den Stutzen diametral in zwei gleiche Hälften teilende Strömungsrippe GFI (Figur 1), die einerseits den Stutzen versteift und andererseits das einströmende Prozessfluid PF (Figur 2) in zwei im Wesentlichen identische Volumenströme für die beiden Hälften der ringförmigen Einströmkammer aufteilt.
Auch in der Figur 2 gut erkennbar sind sich radial erstreckende Versteifungsrippen FIN außen an dem Gussgehäuse CAS zumindest in dem Bereich der Hochdruckspirale HSP. Diese Versteifungsrippen FIN gehen bei einer horizontalen Aufstellung der Maschine bevorzugt sowohl zum Boden hin in Aufstellfüße SUPM über als auch in die entgegensetzte Richtung, damit die Maschine auch in umgekehrter Vertikalorientierung mit sich horizontal erstreckender Achse X aufgestellt werden kann.
Diese Option kann besonders zweckmäßig sein, wenn die Strömungsrichtung umgekehrt werden soll bei gleicher Anordnung des Antriebs DRI. In der Figur 2 ist daneben auch erkennbar, dass der Austrittsstutzen RFL eine Erstreckungsrichtung entlang einer Austrittsstutzenachse OFX ausweist und der Eintrittsstutzen IFL eine Erstreckungsrichtung entlang einer Eintrittsstutzenachse IFX ausweist, wobei das Gussgehäuse CAS derart ausgebildet ist, dass die Austrittsstutzenachse OFX und die Eintrittsstutzenachse IFX bei einer Aufstellung der Radialturbofluidenergiemaschine RFM mit horizontal verlaufender Achse im wesentlichen in einer identischen Horizontalebene liegen.
In der Figur 4 ist an dem Rotor R ein Ausgleichskolben BAP vorgesehen, der mittels einer Ausgleichskolbenwellendichtung BAS eine Hochdruckkammer HPC von einer Niederdruckkammer LPC trennt. Der Ausgleichskolben BAP ist axial in Richtung der Hochdruckseite HPS neben einem Impeller IMP des Rotors R angeordnet. Dieser dem Ausgleichskolben BAP benachbarte Impeller IMP wird von dem Prozessfluid PF auf dem in der Radialturbofluidenergiemaschine RFM höchsten Druckniveau durchströmt. Eine Ausgleichsleitung BAC verbindet die Niederdruckkammer LPC mit der Eintrittskammer INC stromabwärts der Eintrittsöffnung IOP. Diese Ausgleichsleitung BAC ist zu diesem Zweck nur an Öffnungen in dem Gehäusemantel CCV angeschlossen. Auf diese Weise kann die Maschine durch Abnahme des Niederdruckdeckels LCV geöffnet werden und ein Innenbündel IBN bestehend aus dem Rotor und umgebenden strömungsleitenden Komponenten kann aus dem Gehäuse CAS axial entfernt werden, ohne die Ausgleichsleitung BAC zu demontieren.
Ein Verfahren zur Montage der Radialturbofluidenergiemaschine RFM sieht die folgenden Schritte vor:

a) Aufstellen des Gehäusemantels CCV mit im Wesentlichen horizontal ausgerichteter Achse X,
b) Anordnen einer sich im Wesentlichen parallel zur Achse X erstreckenden Führungsschiene GL vor der Niederdrucköffnung LPO, wobei die Niederdrucköffnung LPO geöffnet ist,
c) Bereitstellen des Innenbündels IBN mindestens umfassend den Rotor R und an Impellern IMP des Rotors R angeordnete strömungsleitende stehende Komponenten, die mit dem Rotor R gemeinsam eine transportierbare Einheit bilden,
d) Einführen des Innenbündels IBN entlang der Führungsschiene GL in den Gehäusemantel CCV; das Innenbündel IBN umfasst hierbei als stehende Komponenten die sogenannten Rückführstufen RRS beziehungsweise Zwischenböden, die jeweils stromabwärts eines Impellers IMP das Prozessfluid PF um 180°C von radial nach außen nach radial nach innen strömend umleiten und der stromabwärts befindlichen Stufe axial in den nachfolgenden Impeller zuleiten.

Eine Hochdruckspirale HSP ist erfindungsgemäß Bestandteil des Gehäuses CAS mit einem von der Hochdruckspirale HSP aus und gegen die Strömungsrichtung betrachtet radial nach innen mündenden Spiraleinlass SPI. Von dem Spiraleinlass SPI ausgehend erstreckt sich stromabwärts der Sammelraum SCL im Wesentlichen axial in Richtung der Niederdruckseite LPS. Weiterhin befindet sich der Sammelraum SCL radial außen von dem Spiraleinlass SPI.
Figur 5 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine herkömmliche Radialturbofluidenergiemaschine. Bereits in der Beschreibungseinleitung wurden die wesentlichen Merkmale dieser Maschine beschrieben.

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines Gussgehäuses (CAS) einer Radialturbofluidenergiemaschine (RFM) umfassend die folgenden Schritte:
a) Zusammenstellung eines Gehäusegussmodells (CASM), insbesondere nach mindestens einem der Ansprüche 2 - 10, wobei das Gehäusegussmodell (CASM) einen Gehäusemodellmantel (CCVM) aufweist,
wobei das Gehäusegussmodell (CASM) und der Gehäusemodellmantel (CCVM) sich entlang einer Achse (X) erstrecken,
wobei das Gehäusegussmodell (CASM) eine axiale Hochdruckseite (HPS) aufweist,
wobei das Gehäusegussmodell (CASM) eine axiale Niederdruckseite (LPS) aufweist,
wobei der Gehäusemodellmantel (CCVM) in einer Axialebene senkrecht zur Achse (X) sich erstreckend eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Teilfuge (SPA) aufweist, die den Gehäusemodellmantel (CCVM) in einen Hochdruckmodellmantel (HPCVM) und einen Niederdruckmodellmantel (LPCVM) unterteilt,
wobei der Hochdruckmodellmantel (HPCVM) in einem Axialbereich als eine Hochdruckmodellspirale (HSPM) mit einer Austrittsöffnung (OOC) für einen Austrittsstutzen (OFL) ausgebildet ist,
wobei mehrere Hochdruckmodellmäntel (HPCVM1, HPCVM2, HPCVM3,...) mit zueinander unterschiedlich großen Hochdruckmodellspirale (HSPM1, HSPM2, HSPM3,...) vorgesehen sind, so dass die Zusammenstellung erfolgt aus einer Auswahl eines einzelnen Hochdruckmodellmantels (HPCVM) und dem Niederdruckmodellmantel (LPCVM),

b) Abformen des zusammengestellten
Gehäusegussmodells (CASM),

c) Gießen des Gussgehäuses (CAS).
Mehrteiliges Gehäusegussmodell (CASM) zur Herstellung eines Gussgehäuses (CAS) einer Radialturbofluidenergiemaschine (RFM), das sich entlang einer Achse (X) erstreckt,
wobei das Gehäusegussmodell (CASM) einen Gehäusemodellmantel (CCVM) aufweist,
wobei das Gehäusegussmodell (CASM) eine axiale Hochdruckseite (HPS) aufweist,
wobei das Gehäusegussmodell (CASM) eine axiale Niederdruckseite (LPS) aufweist,
wobei der Gehäusemodellmantel (CCVM) des Gehäusegussmodells (CASM) in einer Axialebene senkrecht zur Achse (X) sich erstreckend eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Teilfuge (SPA) aufweist,
wobei die axiale Hochdruckseite (HPS) des Gehäusemodellmantels (CCVM) in einem Axialbereich als eine Hochdruckspirale (HSP) mit einer Austrittsöffnung (OOC) für einen Austrittsstutzen (OFL) des Gussgehäuses (CAS) ausgebildet ist.
Gehäusegussmodell (CASM) nach Anspruch 2,
wobei die Niederdruckseite (LPS) eine radiale Eintrittsöffnung (IOC) für einen Eintrittsstutzen (IFL) in das Gussgehäuse (CAS) aufweist.
Gehäusegussmodell (CASM) nach Anspruch 2,
wobei auf der axialen Hochdruckseite (HPS) das Gehäusegussmodell (CASM) eine Hochdrucköffnung (HPO) zum Verschließen des Gussgehäuses (CAS) mittels eines Hochdruckdeckels (HCV) aufweist,
wobei auf der Niederdruckseite (LPS) das Gehäusegussmodell (CASM) eine axiale Niederdrucköffnung (LPO) zum Verschließen des Gussgehäuses (CAS) mittels eines Niedrigdruckdeckels (LCV) ausweist.
Gehäusegussmodell (CASM) nach Anspruch 4,
wobei die Hochdrucköffnung (HPO) eine geringere lichte Weite als die Niederdrucköffnung (LPO) aufweist.
Gehäusegussmodell (CASM) nach Anspruch 2,
wobei der Gehäusemodellmantel (CCVM) derart ausgebildet ist, dass das damit herzustellende Gussgehäuse (CAS) in Umfangsrichtung ungeteilt ausgebildet ist.
Gehäusegussmodell (CASM) nach Anspruch 2,
wobei der Gehäusemodellmantel (CCVM) derart ausgebildet ist, dass das damit herzustellende Gussgehäuse (CAS) in Axialrichtung ungeteilt ausgebildet ist.
Gehäusegussmodell (CASM) nach Anspruch 2,
wobei die Hochdruckspirale (HSP) einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden radial nach innen mündenden Spiraleinlass (SPI) und einen Sammelraum (SCL) aufweist, wobei sich der Sammelraum (SCL) im Wesentlichen axial von dem Spiraleinlass (SPI) ausgehend in Richtung der Niederdruckseite (LPS) erstreckt.
Gehäusegussmodell (CASM) nach Anspruch 2,
wobei sich radial erstreckende Versteifungsmodellrippen (FINM) außen an dem Gehäusegussmodell (CASM) zumindest in dem Bereich der Hochdruckmodellspirale (HSPM) vorgesehen sind.
Gehäusegussmodell (CASM) nach Anspruch 2,
wobei das Gehäusegussmodell (CASM) mindestens ein Aufstellfussmodell (SUPM) umfasst, mittels dessen mindestens ein Aufstellfuß (SUP) modelltechnisch an das sonstige Gussgehäuse (CAS) anformbar ist.
Gehäusegussmodell (CASM) nach Anspruch 3,
wobei ein Austrittsstutzenmodell (OFLM) als Bestandteil des Gehäusegussmodells (CASM) für den Austrittsstutzen (OFL) vorgesehen ist und eine Erstreckungsrichtung entlang einer Austrittsstutzenachse (OFX) aufweist und ein Eintrittsstutzenmodell (IFLM) als Bestandteil des Gehäusegussmodell (CASM) für den Eintrittsstutzen (IFL) vorgesehen ist und eine Erstreckungsrichtung entlang einer Eintrittsstutzenachse (IFX) aufweist, wobei das Gehäusegussmodell (CASM) derart ausgebildet ist, dass die Austrittsstutzenachse (OFX) und die Eintrittsstutzenachse (IFX) bei einer Aufstellung der Radialturbofluidenergiemaschine (RFM) mit horizontal verlaufender Achse (X) im Wesentlich in einer identischen Horizontalebene liegen.
Mehrteiliges Gehäusegussmodell (CASM) zur Herstellung verschiedener Gussgehäuse (CAS) einer Baureihe (RTS) einer Radialturbofluidenergiemaschine (RFM), umfassend ein Gehäusegussmodell (CASM) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 2 - 10,
wobei das Gehäusegussmodell (CASM) zu einem Niederdruckmodellmantel (LPCVM) mehrere - mindestens zwei - Hochdruckmodellmäntel (HPCVM) umfasst,
wobei zur Erzeugung eines bestimmten Gussgehäuses (CAS) ein bestimmter Hochdruckmodellmantel (HPCVM) auswählbar ist und axial an den Niederdruckmodellmantel (LPCVM) anfügbar ist.
Gehäusebaureihe einer Baureihe (RTS) einer Radialturbofluidenergiemaschine (RFM), hergestellt mittels eines mehrteiligen Gehäusegussmodells (CASM) nach Anspruch 10 und/oder nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1.