EP3237760B1

EP3237760B1 - Diffusor für einen radialverdichter

Info

Publication number: EP3237760B1
Application number: EP15823510.1A
Authority: EP
Inventors: Christian Kreienkamp; Armin Reichl; Daniel Rusch
Original assignee: ABB Turbo Systems AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2020-02-05
Anticipated expiration: 2035-12-22
Also published as: CN107110178B; EP3237760A1; CN107110178A; KR20170096636A; JP7105563B2; WO2016102594A1; US20170284401A1; US10473115B2; JP2018500502A; KR102511426B1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Diffusor für einen Radialverdichter. Die Bezeichnung Radialverdichter umfasst im Folgenden auch sogenannte Mixed-Flow-Verdichter mit einer axialen Zuströmung und einer radialen Abströmung des Verdichterlaufrades. Der Anwendungsbereich dere vorliegenden Erfindung erstreckt sich zudem auch auf Verdichter mit einer rein radialen oder diagonalen Zu- oder Abströmung des Verdichterlaufrades. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Diffusor für einen Radialverdichter, wobei der Radialverdichter in einem Turbolader einsetzbar ist, und wobei der Turbolader eine Axialturbine oder eine Radial- oder eine sogenannte Mixed Flow-Turbine aufweisen kann.

STAND DER TECHNIK

Aus dem Stand der Technik sind Diffusoren für den Einsatz in Radialverdichtern für Turboladeranwendungen bekannt. In einem Radialverdichter wird zunächst über ein dem Diffusor vorgeschaltetes Verdichterrad ein Fluid (z.B. Luft) axial angesaugt und im Verdichterrad beschleunigt und vorverdichtet. Dem Fluid wird dabei Energie zugeführt, die in Form von Druck, Temperatur, und kinetischer Energie vorliegt. Am Austritt des Verdichterrades herrschen hohe Strömungsgeschwindigkeiten. Die beschleunigte, verdichtete Luft verlässt das Verdichterrad tangential in Richtung des Diffusors. Im Diffusor wird die kinetische Energie der beschleunigten Luft in Druck umgesetzt. Dies geschieht durch eine Verzögerung der Strömung im Diffusor. Durch radiale Aufweitung wird Strömungsquerschnitts des Diffusors vergrössert. Das Fluid wird damit verzögert und Druck wird aufgebaut. Um in einem Turbolader mit Radialverdichter möglichst hohe Druckverhältnisse zu erreichen, können die darin verwendeten Diffusoren mit einer Beschaufelung versehen werden. Ein Beispiel für einen beschaufelten Diffusor zeigt die DE102008044505 . Die aus dem Stand der Technik bekannten Diffusoren mit Beschaufelung sind im allgemeinen als radiale parallelwandige Diffusoren mit Beschaufelung ausgebildet, wie zum Beispiel in der US4131389 gezeigt. Um bei gegebenem Gesamtdruckverhältnis einen höheren Verdichterwirkungsgrad zu erreichen, kann die Strömung im Diffusor stärker verzögert werden. Die Strömungsgeschwindigkeiten in der Spirale werden dadurch reduziert, wodurch die Wandreibungsverluste abnehmen und der Wirkungsgrad der Verdichterstufe verbessert wird. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass der Einsatz von Diffusoren mit radialer Seitenwanddivergenz eine stärkere Verzögerung bei gleicher Baulänge gegenüber parallelwandigen Diffusoren erlaubt.
Die im Diffusor durch Geometrievariation erreichbare Verzögerung bzw. Druckerhöhung für einen gegebenen Betriebspunkt ist jedoch begrenzt, da es bei zu starker Verzögerung zu Strömungsinstabilitäten aufgrund von Grenzschichtablösungen im Diffusor kommt. Die Grenzen des stabilen Betriebsbereichs des Diffusors bestimmen damit die Lage der Pumpgrenze des Verdichters im Verdichterkennfeld. Wird anstelle eines parallelwandigen Diffusors also ein Diffusor mit Seitenwanddivergenz eingesetzt - ein solcher Diffusor ist zum Beispiel in der WO 2012/116880 A1 und GB2041149 A beschrieben - so erhöht sich zwar der Wirkungsgrad bei gleichen Verdichterdruckverhältnissen, gleichzeitig verschiebt sich jedoch für ein gegebenes Verdichterdruckverhältnis die Pumpgrenze gegenüber dem Verdichter mit parallelwandigem Diffusor zu grösseren Massenströmen. Dieser Effekt ist unerwünscht. Die Verdichter-Kennfeldbreite wird dadurch reduziert und die Verwendbarkeit der Verdichterstufe für Anwednungen im Turbolader wird dadurch eingeschränkt. Eine Lösung besteht darin, einen Diffusorkanalabschnitt eines beschaufelten Diffusors über Druckausgleichsöffnungen mit einem Ringkanal fluidisch zu verbinden, um einen Druckausgleich zwischen einzelnen Diffusorpassagen des Diffusors, welche von benachbarten Diffusorschaufeln gebildet werden, zu ermöglichen. Jedoch kann bei dieser Lösung unter Verwendung von Druckausgleichsöffnungen das Problem entstehen, dass der Ringkanal und / oder die einzelnen Druckausgleichsöffnungen verstopfen, beispielsweise aufgrund von Rückständen und Ablagerungen aus einer Verdichterreinigung oder durch Partikel, welche sich in ölhaltiger Ansaugluft befinden. Dies hat negativen Einfluss auf die Pumpgrenze des Verdichters und kann im Extremfall dazu führen, dass ein an den Diffusor angeschlossener Motor nicht mehr betrieben werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen beschaufelten Diffusor mit radialer Seitenwandivergenz für Radialverdichter derart weiterzubilden, dass der Wirkungsgrad gegenüber parallwandigen Diffusoren verbessert wird und gleichzeitig die Strömung im Diffusor stabilisiert wird, um das Pumpverhalten des Verdichters zu verbessern. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, frühzeitige Grenzschichtablösungen an den Diffusorschaufeln und an den Seitenwänden des Diffusors in einzelnen Diffusorpassagen infolge zu starker Verzögerungen zu vermeiden oder zu verringern. Ausserdem besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, sicherzustellen, dass der Diffusor auch bei möglichen Verunreinigungen aufgrund von Ablagerungen und Rückständen aus ölhaltiger Ansaugluft aus dem Verdichter in seiner Funktionsweise nicht beeinträchtigt wird.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch einen Diffusor für einen Radialverdichter gelöst, wobei der Diffusor einen Diffusorkanalabschnitt umfasst, welcher von einer ersten Seitenwand und einer zweiten Seitenwand gebildet wird, wobei die erste Seitenwand und die zweite Seitenwand in Strömungsrichtung zumindest teilweise zueinander divergent angeordnet sind. Weiterhin umfasst der Diffusor einen Schaufelkranz mit einer Anzahl von Schaufeln, wobei die Schaufeln zumindest teilweise im Diffusorkanalabschnitt angeordnet sind, wobei jede der Schaufeln eine Druckseite und eine Saugseite aufweist, und wobei
die Druckseite und die Saugseite einer jeden Schaufel von einer Schaufeleintrittskante und von einer Schaufelaustrittskante dieser Schaufel begrenzt werden. Weiterhin umfasst der Diffusor eine Anzahl von Druckausgleichsöffnungen, welche in zumindest eine der beiden Seitenwände des Diffusorkanalabschnitts eingearbeitet sind, wobei jede der Anzahl von Druckausgleichsöffnungen zwischen der Druckseite einer Schaufel und der Saugseite der benachbarten Schaufel des Schaufelkranzes angeordnet ist. Weiterhin umfasst der Diffusor einen ersten Ringkanal, welcher hinter den Druckausgleichsöffnungen angeordnet ist, wobei der erste Ringkanal mit dem Diffusorkanalabschnitt über mindestens zwei der Druckausgleichsöffnungen fluidisch verbunden ist, wodurch eine Anzahl von Diffusorpassagen des Diffusors miteinander fluidisch verbindbar sind, wobei als Diffusorpassage ein Bereich zwischen zwei benachbarten Schaufeln des Schaufelkranzes im Diffusorkanalabschnitt bezeichnet wird, wobei die Anzahl von Druckausgleichsöffnungen, welche in zumindest eine der beiden Seitenwände des Diffusorkanalabschnitts eingearbeitet sind, in einem Bereich der jeweiligen Seitenwand angeordnet sind, in welchem die erste Seitenwand und zweite Seitenwand in Strömungsrichtung zueinander divergent angeordnet sind. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Ringkanal über einen Verbindungskanal mit einem Druckplenum verbindbar, wodurch ein Fluid aus dem Druckplenum in den ersten Ringkanal strömen kann, damit der erste Ringkanal mit dem Fluid gespült wird.
Der dieser Ausführungsform zugrunde liegende Kerngedanke besteht darin, dass bei einem Diffusor mit Seitenwanddivergenz, der beschaufelte Diffusorkanalabschnitt des Diffusors über Druckausgleichsöffnungen verfügt, welche in zumindest in eine der beiden Seitenwände des Diffusorkanalabschnitts eingearbeitet sind, und wobei der Diffusorkanalabschnitt des Diffusors mit einem ersten Ringkanal fluidisch verbunden ist und wobei der erste Ringkanal über einen Verbindungskanal mit einem Druckplenum verbindbar ist, wodurch ein Fluid aus dem Druckplenum in den ersten Ringkanal strömen kann, damit der erste Ringkanal mit dem Fluid gespült wird.
Dies bewirkt den Vorteil, dass über das als Spülmedium ausgebildete Fluid, welches aus dem Druckplenum in den ersten Ringkanal strömt, um den Ringkanal mit Fluid zu spülen, mögliche Ablagerungen und Rückstände aus Verkokung durch ölhaltige Ansaugluft, welche den Ringkanal und die Druckausgleichsöffnungen verstopfen könnte, aus dem Ringkanal und damit auch aus den Druckausgleichsöffnungen gespült werden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Druckausgleichsöffnungen durch Ablagerungen verschlossen werden und das Volumen des Ringkanals stark reduziert wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass im Ringkanal ein Druckausgleich stattfinden kann, welcher einer Strömungsablösung bei den Diffusorschaufeln im beschaufelten Diffusorkanalabschnitt aufgrund zu starker Strömungsverzögerungen entgegenwirkt und eine Strömungsablösung damit ausgleicht.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch den Druckausgleich, welcher im Ringkanal erfolgt, zugleich auch ein Druckausgleich zwischen den einzelnen Passagen des Diffusors im Diffusorkanalabschnitt stattfindet, was wiederum zu einer Reduktion der ungleichmässigen Belastung von einzelnen Diffusorpassagen im Diffusorkanalabschnitt führt. Eine Diffusorpassage wird dabei definiert als ein Raum oder ein Abschnitt zwischen zwei benachbarten Diffusorschaufeln. Ungleichmässige Belastungen von einzelnen Diffusorpassagen im Diffusorkanalabschnitt entstehen beispielsweise durch Asymmetrien von Verdichtergehäuse und Luftsaugstutzen des Verdichters und das dadurch hervorgerufene nicht rotationssymmetrische Druckfeld im Abströmbereich des Diffusors, Fertigungs und Einbautoleranzen sowie durch instationäre Strömungseffekte. Der Druckausgleich ermöglicht es, beginnende Instabilitäten in einzelnen Diffusorpassagen auszugleichen, indem die Stabilitätsreserven von anderen, noch stabil laufenden Diffusorpassagen genutzt werden. Dadurch wird der stabile Arbeitsbereich des Diffusors und des Verdichters insgesamt soweit erweitert, bis alle Diffusorpassagen in den Bereich der instabilen Strömung kommen. Die Folge davon ist, dass sich die Pumpgrenze des Verdichters zu geringeren Volumenströmen hin verschiebt und sich der nutzbare Bereich des Verdichterkennfelds vergrössert.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Druckplenum mit einer Fluidquelle verbunden, wobei die Fluidquelle ausgebildet ist, Fluid für das Druckplenum bereitzustellen.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Fluidquelle als ein Ladeluftkühler ausgebildet, wobei der Ladeluftkühler ausgebildet ist, Fluid bereitzustellen, und wobei das Fluid aus dem Ladeluftkühler in das Druckplenum einleitbar ist.
Hierbei soll angemerkt werden, dass das Fluid aus dem Ladeluftkühler, welches beispielsweise als Spülmedium ausgebildet ist, auch beziehungsweise zusätzlich zur Kühlung eines Verdichterrads des Radialverdichters verwendbar ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zwischen dem Druckplenum und der Fluidquelle ein Filtersystem zur Reinigung des Fluids installiert.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Turboladeranordnung vorgesehen, welche einen Diffusor umfasst.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Ringkanal in einer der beiden Seitenwände des Diffusorkanalabschnitts eingearbeitet.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Druckausgleichsöffnungen jeweils als Bohrung oder/und als Schlitz ausgebildet. Alternativ könnte eine Druckausgleichsöffnung jedoch auch aus mehreren einzelnen Bohrungen oder Schlitzen ausgebildet sein.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Ausrichtung jeder der Druckausgleichsöffnungen in der jeweiligen Seitenwand des Diffusorkanalabschnitts durch einen Anstellwinkel bestimmt wird, der als der Anstellwinkel der jeweiligen Druckausgleichsöffnung zu der dem Difffusorkanalabschnitt zugewandten Fläche dieser Seitenwand definiert ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Ringkanal durch Trennmittel in eine Anzahl von einzelnen, gegeneinander abgetrennte Teilkanalbereiche des ersten Ringkanals unterteilt. Auf diese Weise kann ein Druckausgleich zwischen Diffusorpassagen innerhalb eines Teilkanalbereichs lokal begrenzt werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst jeder Teilkanalbereich des ersten Ringkanals mindestens zwei Druckausgleichsöffnungen. Hierbei ist jedoch allgemein zu beachten, dass die Druckausgleichsöffnungen nicht integraler Bestandteil des Ringkanals sein müssen.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in einer der Seitenwände mit Druckausgleichsöffnungen des Diffusorkanalabschnitts, mindestens ein zweiter Ringkanal eingearbeitet, wodurch die Diffusorpassagen von zwei nicht benachbarten Schaufeln des Schaufelkranzes fluidisch miteinander verbindbar sind.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste oder zweite Seitenwand des Diffusorkanalabschnitts als eine Diffusorplatte ausgebildet, wobei in der Diffusorplatte die Anzahl der Druckausgleichsöffnungen und mindestens ein Ringkanal eingearbeitet sind.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Radialverdichter mit einem Diffusor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1 zeigt einen Diffusor mit Beschaufelung für einen Radialverdichter gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt einen Teilausschnitt eines Diffusors mit Beschaufelung für einen Radialverdichter gemäss einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt eine Diffusorplatte mit Druckausgleichsöffnungen und mit einer Anzahl voneinander abgetrennter Teilkanalbereiche gemäss einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 zeigt eine Diffusorplatte mit Druckausgleichsöffnungen und mit einer Anzahl voneinander abgetrennter Teilkanalbereiche gemäss einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 zeigt eine Diffusorplatte mit Druckausgleichsöffnungen und einer Verbindung von nicht benachbarten Diffusorpassagen gemäss einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt einer Diffusorplatte mit Beispielen für mögliche Ausrichtungen von Druckausgleichsöffnungen zwischen benachbarten Schaufeln in einer Diffusorpassage;
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für eine Ausrichtung einer Druckausgleichsöffnung in einer Diffusorplatte;
Fig. 8 zeigt einen beschaufelten Diffusor für einen Radialverdichter mit Ringkanal und Druckplenum für einen Radialverdichter zur Anwendung in einer Turboladeranordnung gemäss einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 zeigt in einer alternativen schematischen Abbildung einen beschaufelten Diffusor mit Ringkanal und Druckplenum für einen Radialverdichter gemäss einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile identische Bezugszeichen verwendet.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt einen Diffusor 1 mit Beschaufelung für einen Radialverdichter 100 gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Diffusor 1 umfasst einen Diffusorkanalabschnitt 2, welcher von einer ersten Seitenwand 3 und einer zweiten Seitenwand 4 gebildet wird. Der Diffusorkanalabschnitt 2 erstreckt sich vom Verdichterrad bis zum Eintritt in die Verdichterspirale (nicht dargestellt). Die erste Seitenwand 3 und die zweite Seitenwand 4 sind in Strömungsrichtung zumindest teilweise zueinander divergent angeordnet. Der Diffusor 1 umfasst in der Figur 1 einen Schaufelkranz 5 mit einer Anzahl von einzelnen Schaufeln 6, 6', wobei die Schaufeln 6, 6' zumindest teilweise im Diffusorkanalabschnitt 2 angeordnet sind. Dies bedeutet, dass es in dem Diffusor 1 sowohl beschaufelte als auch unbeschaufelte Bereiche innerhalb des Diffusorkanalabschnitts 2 geben kann. In der Ausführungsform der Figur 1 sind in der zweiten Seitenwand 4 eine Anzahl von Druckausgleichsöffnungen 7, 7' eingearbeitet, wobei in der Seitenansicht der Figur 1 nur eine Druckausgleichsöffnung 7, 7' dargestellt ist. Die zweite Seitenwand 4 des Diffusors 1 befindet sich in der Ausführungsform der Figur 1 auf einer einem Turbinenrad (nicht dargestellt) zugewandten Seite, wobei das Turbinenrad ein Bestandteil einer Turboladeranordnung ist (nicht dargestellt), welche auch den Radialverdichter 100 umfasst. Der Diffusor 1 umfasst einen ersten Ringkanal 10, welcher hinter beziehungsweise nach den Druckausgleichsöffnungen 7, 7' angeordnet ist. Der erste Ringkanal 10 ist dabei als ein im wesentlichen ringförmiger durchgehender Kanal ausgebildet, welcher auch als ein offener Kanal bezeichnet werden kann. Der Druckausgleich erfolgt bei dem offenen Kanal also über dessen gesamten Umfang. Durch den Druckausgleich wird erreicht, dass die Strömung zwischen den Diffusorpassagen im Diffusorkanalabschnitt 2 stabilisiert wird, indem Stabilitätsreserven von benachbarten oder nicht benachbarten Diffusorpassagen genutzt werden können, um die Strömung in einzelnen Diffusorpassagen zu stabilisieren, welche bereits im instabilen Bereich betrieben werden. Als Diffusorpassage wird ein Raum oder ein Bereich oder ein Abschnitt zwischen zwei benachbarten Diffusorschaufeln bezeichnet.
Der erste Ringkanal 10 kann als ein Bestandteil der Seitenwand 3, 4 direkt in eine oder in beide der Seitenwände 3, 4 integriert sein, sofern sichergestellt ist, dass der Ringkanal 10 stets hinter den Druckausgleichsöffnungen 7, 7' installiert ist. Möglich wäre jedoch auch eine Ausführungsform, in welcher in jeder der Seitenwände 3, 4 jeweils ein Ringkanal installiert ist, welcher über Druckausgleichsöffnungen 7, 7' mit dem Diffusorkanalabschnitt 2 fluidisch verbunden ist (nicht dargestellt).
In der Ausführungsform der Figur 1 ist der erste Ringkanal 10 in einer dritten Seitenwand 15 eingearbeitet, wobei die dritte Seitenwand 15 hinter beziehungsweise nach der zweiten Seitenwand 4 des Diffusorkanalabschnitts 2 angeordnet ist und wobei in der zweiten Seitenwand 4 die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' eingearbeitet sind. Die dritte Seitenwand 15 kann dabei auch als eine sogenannte Zwischenwand ausgebildet sein, welche zwischen der Verdichterseite und der Turbinenseite einer Turboladeranordnung angeordnet ist.
Jedoch könnte der Ringkanal 10 und damit auch die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' auch ein Bestandteil der zweiten Seitenwand 4 beziehungsweise der ersten Seitenwand 3 des Diffusorkanalabschnitts 2 sein (nicht dargestellt), so dass die dritte Seitenwand 15 entfallen würde. Die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' und der erste Ringkanal 10 wären dann in einem einstückgefertigten Bauteil eingearbeitet, wobei eine Fläche dieses Bauteils die erste Seitenwand 3 oder die zweite Seitenwand 4 bilden würde. Auch in dieser Ausführungsform wäre der Ringkanal 10 jedoch hinter den Druckausgleichsöffnungen 7, 7' angeordnet, so dass sichergestellt ist, dass der Ringkanal 10 über die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' mit dem Diffusorkanalabschnitt 2 fluidisch verbunden ist und wodurch zugleich erreicht wird, dass die Anzahl der Strömungsquerschnitte des Diffusors 1 miteinander fluidisch verbunden sind. In der Ausführungsform der Figur 1 ist es sinnvoll, dass der Ringkanal 10 über mindestens zwei der Druckausgleichsöffnungen 7, 7' mit dem Diffusorkanalabschnitt 2 fluidisch verbunden ist. Jede der Druckausgleichsöffnungen 7, 7', welche in zumindest eine der beiden Seitenwände 3, 4 des Diffusorkanalabschnitts 2 eingearbeitet sind, sind in allen Ausführungsformen der Erfindung in einem Bereich der jeweiligen Seitenwand 3, 4 angeordnet, in welchem die erste Seitenwand 3 und zweite Seitenwand 4 in Strömungsrichtung zueinander divergent angeordnet sind.
Die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' können dabei jeweils als eine Bohrung und/oder als Schlitz ausgebildet sein. Alternativ könnte sich eine Druckausgleichsöffnung jedoch auch aus einer Mehrzahl von Oeffnungen zusammensetzen, also beispielsweise aus einer Mehrzahl von einzelnen Bohrungen oder Schlitzen oder eine Kombination von beiden Formen. Jedoch wäre auch eine andere Form der Druckausgleichsöffnung im Diffusor 1 realisierbar. In der Figur 1 sind die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' zudem im beschaufelten Diffusorkanalabschnitt 2 des Diffusors 1 angeordnet. Damit lässt sich der Vorteil erzielen, dass Strömungsablösungen in diesem Bereich - dem beschaufelten Diffusorbereich - infolge zu starker Verzögerungen ausgeglichen werden. Alternativ oder zusätzlich könnten die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' jedoch auch in einem unbeschaufelten Diffusorkanalabschnitt 2 angeordnet sein, dass heisst, dass eine Anzahl von einzelnen Druckausgleichsöffnungen 7, 7' in zumindest eine der beiden Seitenwände 3, 4 eingearbeitet sind und wobei in diesem Bereich des Diffusorkanalabschnitts 2, der von den beiden Seitenwänden 3, 4 gebildet wird, keine Diffusorschaufeln 6, 6' angeordnet sind. In der Ausführungsform der Figur 1 umfasst der Radialverdichter 100 mit dem erfindungsgemässen Diffusor 1 ausserdem ein Verdichterrad 40, ein Verdichtergehäuse 42 und ein Lagergehäuse 44. Zusätzliche oder weitere Bestandteile des Verdichters sind in der Figur aus Gründen der Uebersichtlichkeit jedoch nicht dargestellt. Figur 2 zeigt eine Profilansicht eines Teilausschnitts eines Diffusors 1 mit Beschaufelung für einen Radialverdichter 100 gemäss einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Figur 2 zeigt dabei einen Diffusor 1, welcher im Diffusorkanalabschnitt 2 eine Anzahl von Diffusorschaufeln 6, 6' des Schaufelkranzes 5 (nicht vollständig in Figur 2 dargestellt) umfasst. In der Ansicht der Figur 2 ist lediglich die zweite Seitenwand 4 des Diffusors 1 dargestellt. In der zweiten Seitenwand 4 sind Druckausgleichsöffnungen 7, 7' eingearbeitet, wobei in der Figur 2 in der Profilansicht nur eine Druckausgleichsöffnung dargestellt ist. In der Seitenwand 4 ist direkt hinter der Druckausgleichsöffnung 7, 7' ein Ringkanal 10 angeordnet. Der Ringkanal 10 ist also in der gezeigten Ausführungsform der Figur 2 Bestandteil der zweiten Seitenwand 4. Der Ringkanal 10 ermöglicht einen Druckausgleich zwischen einzelnen Diffusorschaufeln 6, 6', welche zumindesten teilweise innerhalb des seitenwanddivergenten Diffusorkanalabschnitts 2 angeordnet sind. Dadurch kann eine Strömungsablösung auf den einzelnen Diffusorschaufeln 6, 6' des Schaufelkranzes 5 des Diffusors 1 ausgeglichen werden. Strömungsablösungen treten bei Annäherung zur Pumpgrenze des Diffusors 1 zunächst in einzelnen stark belasteten Diffusorpassagen, also in Bereichen von zwei benachbarten Diffusorschaufeln 6, 6', auf, welche, bedingt durch Asymmetrien wie etwa im Verdichtergehäuse, ungleichmässig belastet werden. Die dargestellte Druckausgleichsöffnung 7, 7' der Figur 2 verbindet den ersten Ringkanal 10 mit den Strömungsquerschnitten des Diffusors 1.
Die zweite Seitenwand 4 des Diffusors 1 ist in der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform des Diffusors 1 Bestandteil einer Diffusorplatte 12. Die Diffusorplatte 12 umfasst die einzelnen Druckausgleichsöffnungen 7, 7' sowie den ersten Ringkanal 10, wobei der erste Ringkanal 10 hinter den Druckausgleichsöffnungen 7, 7' angeordnet ist.
Figur 3 zeigt in Draufsicht einen Diffusor 1. Der Diffusor 1 umfasst eine Diffusorplatte 12. Die Diffusorplatte 12 umfasst eine Anzahl von Druckausgleichsöffnungen 7, 7', welche jeweils die Strömungsquerschnitte des Diffusors 1 mit einem ersten Ringkanal 10 fluidisch verbinden. Der erste Ringkanal 10 ist hinter den Druckausgleichsöffnungen 7, 7' angeordnet. Der erste Ringkanal 10 ist, wie in der Figur 3 gezeigt, als ein sogenannter durchgehender Ringraum ausgebildet. Der erste Ringkanal 10 kann dabei, wie bereits in der Figur 1 und der Figur 2 dargestellt, entweder direkt in der Diffusorplatte 12 integriert sein, oder alternativ, in einer separaten Wand eingearbeitet sein, wobei die separate Wand hinter der Diffusorplatte 12 angeordnet ist. Jede der Druckausgleichsöffnungen 7, 7' der in Figur 3 dargestellten Diffusorplatte 12 ist zwischen zwei benachbarten Schaufeln 6, 6' angeordnet. Jede der Schaufeln 6, 6' umfasst eine Druckseite 22 und eine Saugseite 23, wobei die Druckseite 22 und die Saugseite 23 einer jeden Schaufel 6, 6' von einer Schaufeleintrittskante 8 und von einer Schaufelaustrittskante 8' dieser Schaufel 6, 6' begrenzt werden. So umfasst beispielsweise die Schaufel 6' in der Figur 3 eine Schaufeleintrittskante 8 und eine Schaufelaustrittskante 8', welche jeweils die Druckseite 22 und die Saugseite 23 dieser Schaufel 6' begrenzen. Jede der Anzahl von Druckausgleichsöffnungen 7, 7' ist zwischen der Druckseite 22 einer Schaufel 6 und der Saugseite 23 der benachbarten Schaufel 6' des Schaufelkranzes 5 angeordnet ist. So ist beispielsweise die in der Figur 3 in der Diffusorpassage zwischen der Schaufel 6 und der Schaufel 6' liegende Druckausgleichsöffnung 7 derart angeordnet, dass diese zwischen der Druckseite 22 der Schaufel 6 und der Saugseite 23 der benachbarten Schaufel 6' des Schaufelkranzes 5 angeordnet ist.
Die einzelnen Druckausgleichsöffnungen 7, 7' sind in der Figur 3 als Schlitze ausgebildet. Alternativ können die einzelnen Druckausgleichsöffnungen 7, 7' jeweils als Bohrung oder/und Schlitz ausgebildet sein. Denkbar wäre es jedoch, auch mehrere Bohrungen oder Schlitze vorzusehen, welche dann jeweils eine Druckausgleichsöffnung 7, 7' bilden.
In der dargestellten Ausführungsform des Diffusors 1 der Figur 3 ist der erste Ringkanal 10 durch Trennmittel 13 in eine Anzahl von einzelnen, gegeneinander abgetrennter Teilkanalbereiche 11, 11' unterteilt. Jedem der Teilkanalbereiche 11, 11' des ersten Ringkanals 10 sind in der dargestellen Ausführungsform zwei Diffusorspassagen zugeordnet. Es soll jedoch verdeutlicht werden, dass die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' nicht integraler Bestandteil von dem ersten Ringkanal 10 sind. Durch die Unterteilung des ersten Ringkanals 10 in einzelne Teilkanalbereiche wird erreicht, dass ein Druckausgleich nur zwischen jeweils benachbarten Schaufeln 6, 6' eines Teilkanalbereiches 11, 11' erfolgt. Auf diese Weise kann der Druckausgleich zwischen Schaufeln innerhalb eines Teilkanalbereichs lokal begrenzt werden. Durch die einzelnen Teilkanalbereiche entstehen sogenannte geschlossene Teilkanalbereiche. Ein Druckausgleich findet also in der Figur 3 dargestellten Ausführungsform nicht mehr über den kompletten ersten Ringkanal 10 statt, wie dies in den Ausführungsformen der Figur 1 und der Figur 2 bei einem durchgehenden Ringkanal der Fall ist. Die Trennmittel 13 können beispielsweise als Trennwände ausgebildet sein. Die einzelnen Trennwände 13 befinden sich dabei auf der strömungsabgewandten Seite des Diffusors 1. Die Unterteilung des ersten Ringkanals 10 in einzelne, voneinander strömungstechnisch unabhängige Teilkanalbereiche kann zu einer erhöhten Stabilität und einer Wirkungsgradverbesserung des Diffusors 1 beitragen. Die einzelnen Teilkanalbereiche 11, 11' innerhalb des ersten Ringkanals 10 lassen sich beispielsweise durch sogenannte additive Fertigungsmethoden herstellen. Alternativ wäre es auch möglich, den ersten Ringkanal 10 durch Anschlag an einem benachbarten Bauteil wie zum Beispiel einem Lagergehäuse des Radialverdichters 100 in einzelne Teilkanalbereiche 11, 11' aufzuteilen (nicht dargestellt).
Figur 4 zeigt in Draufsicht eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Diffusors 1. Figur 4 zeigt dabei die Diffusorplatte 12 des Diffusors 1. In die Diffusorplatte 12 sind eine Anzahl von Druckausgleichsöffnungen 7, 7', 7" eingearbeitet, welche jeweils die engsten Strömungsquerschnitte des Diffusors 1 mit dem Ringkanal 10 fluidisch verbinden, wobei der erste Ringkanal 10 hinter den Druckausgleichsöffnungen 7, 7', 7" angeordnet ist. Die in der Figur 4 dargestellte Ausführungsform des Diffusors 1 unterscheidet sich von der in der Figur 3 gezeigten Ausführungsform darin, dass jeder der einzelnen Teilkanalbereiche 11, 11' drei Druckausgleichsöffnungen 7, 7', 7" mit den drei Schaufeln 6, 6', 6" umfasst. Aus Gründen der besseren Übersicht ist in der Figur 4 lediglich der Teilkanalbereich 11 des ersten Ringkanals 10 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Alternativ sind auch Ausführungen realisierbar, bei welchen sich durch entsprechende Abtrennung mehr als drei Schaufeln einen Teilkanalbereich des ersten Ringkanals 10 teilen. Denkbar wäre auch, dass es Teilkanalbereiche innerhalb des ersten Ringkanals 10 gibt, welche jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Schaufeln umfassen, also zum Beispiel ein Teilkanalbereich, welcher sich über zwei Schaufeln erstreckt und ein Teilkanalbereich, welcher drei Schaufeln umfasst. In der Ausführungsform der Figur 4 ist zudem durch den Richtungsvektor 52 exemplarisch die Hauptströmungsrichtung des Fluids in einer Diffusorpassage dargestellt, welche von der Schaufel 6 und der Schaufel 6' gebildet wird.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Diffusors 1 mit einer Diffusorplatte 12 des Diffusors 1 in Draufsicht. Die in dieser Ausführungsform dargestellte Diffusorplatte 12 der Figur 5 ist im Prinzip mit der in der Figur 3 dargestellten Ausführungsform des Diffusors 1 identisch. Die Ausführungsform der Figur 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Figur 3 lediglich darin, dass in der Diffusorplatte 12 der Figur 5 neben einem ersten Ringkanal 10 ein zweiter Ringkanal 20 vorgesehen ist. Der zweite Ringkanal 20 in der Diffusorplatte 12 hat dabei die Aufgabe, die Diffusorpassagen von nicht benachbarten Schaufeln fluidisch miteinander zu verbinden. In der Ausführungsform der Figur 5 verbindet der Ringkanal 20 die Schaufeln des Teilkanalbereichs 11 mit den Schaufeln des Teilkanalbereichs 11". Auf diese Weise kann ein Druckausgleich zwischen nicht benachbarten Schaufeln realisiert werden, welche sich jeweils in unterschiedlichen Teilkanalbereichen der Diffusorplatte 1 befinden. Der zweite Ringkanal 20 kann in der Diffusorplatte 12 eingearbeitet sein, in welcher auch der erste Ringkanal 10 eingearbeitet ist. Alternativ kann der zweite Ringkanal 20 in einer separaten Wand eingearbeitet sein, welche hinter der Diffusorplatte 12 angeordnet ist, wenn die Diffusorplatte 12 über Druckausgleichsöffnungen verfügt. Alternativ kann der zweite Ringkanal 20 in einer der Seitenwände 3, 4 mit Druckausgleichsöffnungen 7, 7' des Diffusorkanalabschnitts 2 oder in der dritten Seitenwand 15, welche sich hinter einer der Seitenwände 3, 4 mit Druckausgleichsöffnungen 7, 7' befindet, eingearbeitet sein. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise zwei Diffusorpassagen fluidisch miteinander verbinden, wobei die beiden Diffusorpassagen nicht unmittelbar nebeneinander und benachbart angeordnet sind. Anhand der Figur 5 veranschaulicht bedeutet dies, dass zum Beispiel eine Diffusorpassage, welche die Druckausgleichsöffnung 7 umfasst, fluidisch mit einer Diffusorpassage verbunden ist, welche die Druckausgleichsöffnung 7"' umfasst. Auf diese Weise kann ein Druckausgleich zwischen Schaufeln beziehungsweise von Diffusorpassagen von nicht benachbarten Teilkanalbereichen erfolgen. Je nach Anwendung können auch mehr als zwei Ringkanäle im Diffusor 1 eingearbeitet sein.
Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt einer Diffusorplatte 12 mit Beispielen für mögliche Ausrichtungen von Druckausgleichsöffnungen in einer Diffusorpassage zwischen zwei benachbarten Schaufeln 6, 6'. Die Ausführungsform der Figur 6 unterscheidet sich von den Ausführungsformen der Figuren 3, 4 und 5 lediglich darin, dass die in Figur 6 exemplarisch dargestellten Druckausgleichsöffnungen 7-1 und 7-2 innerhalb einer Diffusorpassage von zwei benachbarten Diffusorschaufeln 6, 6' jeweils unterschiedliche Ausrichtungen gegenüber der Diffusorplatte 12 beziehungsweise Positionen einnehmen können. Jede der Schaufeln 6, 6' der Figur 6 umfasst jeweils eine Druckseite 22 und eine Saugseite 23. Die Druckseite 22 und die Saugseite 23 einer jeden Schaufel 6, 6' werden dabei von einer Schaufeleintrittskante 8 und einer Schaufelaustrittskante 8' der jeweiligen Schaufel 6, 6' begrenzt. In der Figur 6 ist die in der Diffusorpassage zwischen der Schaufel 6 und der Schaufel 6' liegende Druckausgleichsöffnung 7-1 derart angeordnet beziehungsweise ausgerichtet, dass beispielsweise die Druckausgleichsöffnung 7-1 zwischen der Druckseite 22 der Schaufel 6 und der Saugseite 23 der benachbarten Schaufel 6' des Schaufelkranzes 5 angeordnet ist. Gleiches gilt für Anordnung der in der Figur 6 dargestellten Druckausgleichsöffnung 7-2.
In der Ausführungsform der Figur 6 befindet sich in der Diffusorpassage zwischen den zueinander benachbarten Diffusorschaufeln 6, 6' eine Druckausgleichsöffnung, also entweder die Druckausgleichsöffnung 7-1 oder die Druckausgleichsöffnung 7-2. Es wäre jedoch auch möglich, dass innerhalb einer Diffusorpassage mehrere Druckausgleichsöffnungen angeordnet sind, wobei die Lage und die Position der Mehrzahl von Druckausgleichsöffnungen innerhalb der Diffusorpassage voneinander verschieden sein kann.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für eine Ausrichtung beziehungsweise einer möglichen Lage einer Druckausgleichsöffnung 7, 7' innerhalb einer Diffusorplatte 12 und in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung 52 des Fluids in dem Diffusorkanalabschnitt 2. In der Figur 7 wird der Diffusorkanalabschnitt von der Seitenwand 3 und der Seitenwand 4 gebildet, wobei die Seitenwand 4 ein Bestandteil der Diffusorplatte 12 ist. Die Druckausgleichsöffnung 7, 7' ist in der Ausführungsform der Figur 7 in der Diffusorplatte 12 eingearbeitet und ist mit dem ersten Ringkanal 10 verbunden. Zur Veranschaulichung ist in der Figur 7 zusätzlich die Strömungsrichtung des Fluids im Diffusorkanalabschnitt 2 gezeigt, welche durch einen Vektor 52 abgebildet wird. Die Ausrichtung der in der Figur 7 dargestellten Druckausgleichsöffnung 7, 7', welche in der Seitenwand 4 des Diffusorkanalabschnitts 2 eingearbeitet ist, wird durch einen Anstellwinkel 54 bestimmt, welcher als der Anstellwinkel 54 der Druckausgleichsöffnung 7, 7' zu der dem Difffusorkanalabschnitt 2 zugewandten Fläche dieser Seitenwand 4 definiert ist. Der Anstellwinkel 54 in der Ausführungsform der Figur 7 kann dabei vorzugsweise in einem Bereich zwischen grösser 0 Grad und ungefähr kleiner 180 Grad liegen, um Fluidverluste im Diffusorkanalabschnitt 2 zu reduzieren.
Fig. 8 zeigt in schematischer Abbildung eine Turboladeranordnung 150 mit einem beschaufelten Diffusor 2. In der Ausführungsform der Figur 8 umfasst die Turboladeranordnung 150 einen Diffusor 2, welcher über Druckausgleichsöffnungen 7, 7' (nicht dargestellt) mit einem ersten Ringkanal 10 fluidisch verbunden ist. Der Diffusor 2 ist mit einem Verdichterrad 101 verbunden, wobei das Verdichterrad 101 über eine Welle 153 von einer Turbine 151 angetrieben wird. Der Diffusor 2 und das Verdichterrad 101 sind Bestandteile eines Radialverdichters 100. Der erste Ringkanal 10 ist über einen Verbindungskanal 30 mit einem Druckplenum 31, welches auch als Ringkanalplenum bezeichnet wird, verbunden. In das Druckplenum 31 wird als Spülmittel oder als Spülmedium ein Fluid geleitet, welches vorzugsweise als Spülluft ausgebildet ist und welches jedoch auch beziehungsweise zusätzlich zur Kühlung verwendbar ist. Das Fluid in der Ausführungsform der Figur 8 wird von einer Fluidquelle 35 bereitgestellt. Diese Fluidquelle 35, welche auch als Druckquelle bezeichnet werden kann, kann vorzugsweise als ein Ladeluftkühler ausgebildet sein. Der Ladeluftkühler wird vom Radialverdichter 100 mit verdichteter Luft gespeist und kühlt die verdichtete Luft des Radialverdichters 100 auf eine bestimmte Temperatur herab, bevor diese einem Motor zugeführt wird (nicht dargestellt). Das als Spülmittel ausgebildete Fluid aus dem Ladeluftkühler wird dann dem Druckplenum 31 zugeführt. Das Druckplenum 31 ist in der dargestellten Ausführungsform der Figur 8 zusätzlich über einen Kanal 154 mit dem Verdichterrad 101 verbunden, so dass ein Teil des Spülmittels aus dem Ladeluftkühler 35 auch zur Kühlung des Verdichterrads 101 eingesetzt werden kann. Auf diese Weise kann eine Verdichterradkühlung realisiert werden. Der erste Ringkanal 10 wird mit dem Spülmittel aus der Fluidquelle 35 gespült, wobei das Spülmittel im Druckplenum 31 speicherbar ist. Der Verbindungskanal 30 ist vorzugsweise als eine Bohrung mit einem definierten Durchmesser ausgebildet. Der Verbindungskanal 30 muss dabei jedoch nicht zwangsläufig als Bohrung mit einem bestimmten Durchmesser D ausgebildet sein, sondern kann auch als ein eckig oder anderweitig geformter Durchgang ausgebildet sein. Alternativ kann der Verbindungskanal 30 auch aus einer Anzahl von einzelnen Durchgängen gebildet sein. Die geometrische Ausgestaltung des Verbindungskanals 30 ist dabei insofern von Bedeutung, da diese bestimmt, mit welchem Druck das Spülmittel durch den Verbindungskanal 30 in den ersten Ringkanal 10 geleitet wird. Der Druck im ersten Ringkanal 10 sollte betragsmässig minimal höher sein, als ein Druck, welcher im Diffusorkanalabschnitt 2 ausgebildet ist, damit ein beabsichtigter Druckausgleich im ersten Ringkanal 10 nicht beeinträchtigt wird. Ausserdem soll vermieden werden, dass es zu einer massiven Ausblasung von Luft von dem ersten Ringkanal 10 in den Diffusorkanalabschnitt 2 kommt. Durch die geometrische Ausgestaltung des Verbindungskanals 30 lässt sich also der Druck einstellen mit welcher das Spülmittel im Verbindungskanal 30 zum ersten Ringkanal 10 transportiert wird. Durch das mit einem bestimmten, eingestellten Druck in den ersten Ringkanal 10 beförderte Spülmittel wird erreicht, dass der erste Ringkanal 10 von Spülmittel gespült wird. Die Spülung beugt einer Verschmutzung des ersten Ringkanals 10 und einer Verstopfung der Druckausgleichsöffnungen 7, 7', 7", 7''' durch Ablagerungen von ölhaltigen Partikeln, wie sie die Luft aus dem Diffusorkanalabschnitt 2 enthalten kann, vor. Damit das Spülmedium mit einem definierten Druck in den ersten Ringkanal 10 eingeleitet werden kann, sollte bereits in der Fluidquelle 35 und in dem Druckplenum 31 ein definierter Druck ausgebildet sein, welcher betragsmässig grösser ist als ein Druck im ersten Ringkanal 10 und ein Druck im Diffusor 2. Der Druck in der Fluidquelle 35 sollte dabei betragsmässig grösser sein, als ein Druck im Druckplenum 31 und ein Druck im Ringkanal 10 und ein Druck im Diffusorkanalabschnitt 2. Die Fluidquelle 35 kann dabei auch als ein Druckluftnetz ausgebildet sein. Die Fluidquelle 35 kann dabei auch aus einer Mehrzahl von Fluidquellen bestehen, welche Fluid für das Druckplenum 31 bereitstellen. Zusätzlich kann in der Ausführungsform der Figur 8 und Figur 9 ein Filtersystem 39 vorgesehen sein, welches zwischen dem Druckplenum 31 und der Fluidquelle 35 installiert ist, um das Spülmittel oder Fluid zu reinigen. Ganz allgemein kann auch vorgesehen sein, dass das Fluid aus der Fluidquelle 35 verwendet werden kann, um neben dem ersten Ringkanal 10 auch einen zweiten Ringkanal zu spülen, wenn eine entsprechende Verbindung zwischen dem Druckplenum 31 und dem zweiten Ringkanal hergestellt wird (nicht dargestellt).
Fig. 9 zeigt einen Diffusor 2 mit Beschaufelung und Druckplenum 31 für einen Radialverdichter. Die Ausführungsform der Figur 9 unterscheidet von der Ausführungsform der Figur 1 darin, dass der erste Ringkanal 10 über einen Verbindungskanal 30 mit einem Druckplenum 31 verbunden ist. Wie bereits zu der Ausführungsform der Figur 8 erläutert, wird aus dem Druckplenum 31, welcher mit der Fluidquelle 35 verbunden ist, ein Fluid unter Druck über den Verbindungskanal 30 in den ersten Ringkanal 10 eingeleitet. Dadurch wird die Wirkung erzielt, dass der erste Ringkanal 10 mit dem als Fluid ausgebildeten Spülmittel aus der Fluidquelle 35 gespült wird, um Ablagerungen und Partikelrückstände im Ringkanal 10 und in den Druckausgleichsöffnungen 7, 7', 7", 7"' zu lösen beziehungsweise zu verhindern. Ein weiterer Unterschied zur Ausführungsform der Figur 1 besteht darin, dass zusätzlich eine Verdichterradkühlung zur Kühlung des Verdichterrads 101 realisiert wird, indem das Fluid aus dem Druckplenum 31 über einen Verbindungskanal 154 zum Verdichterrad 101 geleitet wird.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN

1: Diffusor
2: Diffusorkanalabschnitt
3: Erste Seitenwand
4: Zweite Seitenwand
5: Schaufelkranz
6, 6', 6", 6''': Schaufel des Schaufelkranzes
7, 7', 7", 7''', 7-1, 7-2: Druckausgleichsöffnung
8: Schaufeleintrittskante einer Schaufel
8': Schaufelaustrittskante einer Schaufel
10: Erster Ringkanal
11, 11', 11": Teilkanalbereich
12: Diffusorplatte
13: Trennmittel
15: Seitenwand
20: Zweiter Ringkanal
22: Druckseite einer Diffusorschaufel
23: Saugseite einer Diffusorschaufel
30: Verbindungskanal
31: Druckplenum
35: Fluidquelle
39: Filtersystem
40: Verdichterrad
42: Verdichtergehäuse (turbinenseitig)
44: Lagergehäuse
52: Richtungsvektor der Hauptströmungsrichtung des Fluids im Diffusorkanalabschnitt
54: Anstellwinkel
100: Radialverdichter
101: Verdichterrad
150: Turboladeranordnung
151: Turbine
153: Welle
154: Verdichterradkühlungleitung

Claims

Diffusor für einen Radialverdichter (100) umfassend:
einen Diffusorkanalabschnitt (2), welcher von einer ersten Seitenwand (3) und einer zweiten Seitenwand (4) gebildet wird, wobei die erste Seitenwand (3) und die zweite Seitenwand (4) in Strömungsrichtung zumindest teilweise zueinander divergent angeordnet sind,

einen Schaufelkranz (5) mit einer Anzahl von Schaufeln (6, 6'), wobei die Schaufeln (6, 6') zumindest teilweise im Diffusorkanalabschnitt (2) angeordnet sind, wobei jede der Schaufeln (6, 6') eine Druckseite (22) und eine Saugseite (23) aufweist, und wobei die Druckseite (22) und die Saugseite (23) einer jeden Schaufel (6, 6') von einer Schaufeleintrittskante (8) und von einer Schaufelaustrittskante (8') dieser Schaufel (6, 6') begrenzt werden,

eine Anzahl von Druckausgleichsöffnungen (7, 7'), welche in zumindest einer der beiden Seitenwände (3, 4) des Diffusorkanalabschnitts (2) eingearbeitet sind, wobei jede der Anzahl von Druckausgleichsöffnungen (7, 7') zwischen der Druckseite (22) einer Schaufel (6) und der Saugseite (23) der benachbarten Schaufel (6') des Schaufelkranzes (5) angeordnet ist,

einen ersten Ringkanal (10), welcher hinter den Druckausgleichsöffnungen (7, 7') angeordnet ist, wobei der erste Ringkanal (10) mit dem Diffusorkanalabschnitt (2) über mindestens zwei der Druckausgleichsöffnungen (7, 7') fluidisch verbunden ist, wodurch eine Anzahl von Diffusorpassagen des Diffusors (1) miteinander fluidisch verbindbar sind, wobei als Diffusorpassage ein Bereich zwischen zwei benachbarten Schaufeln (6, 6') des Schaufelkranzes (5) im Diffusorkanalabschnitt (2) bezeichnet wird, und wobei der Diffuser dadurch gekennzeichnet ist, dass

die Anzahl von Druckausgleichsöffnungen (7, 7'), welche in zumindest einer der beiden Seitenwände (3, 4) des Diffusorkanalabschnitts (2) eingearbeitet sind, in einem Bereich der jeweiligen Seitenwand (3, 4) angeordnet sind, in welchem die erste Seitenwand (3) und zweite Seitenwand (4) in Strömungsrichtung zueinander divergent angeordnet sind.
Diffusor nach Anspruch 1, wobei der erste Ringkanal (10) in einer der beiden Seitenwände (3, 4) des Diffusorkanalabschnitts (2) eingearbeitet ist.
Diffusor nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei die Druckausgleichsöffnungen (7, 7') jeweils als Bohrung oder/und als Schlitz ausgebildet sind.
Diffusor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Ausrichtung jeder der Druckausgleichsöffnungen (7, 7') in der jeweiligen Seitenwand (3, 4) des Diffusorkanalabschnitts (2) durch einen Anstellwinkel (54) bestimmt wird, der als der Anstellwinkel (54) der jeweiligen Druckausgleichsöffnung (7, 7') zu der dem Difffusorkanalabschnitt (2) zugewandten Fläche dieser Seitenwand (3, 4) definiert ist.
Diffusor nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei der erste Ringkanal (10) durch Trennmittel (13) in eine Anzahl von einzelnen, gegeneinander abgetrennte Teilkanalbereiche (11, 11') des ersten Ringkanals (10) unterteilt ist.
Diffusor nach Anspruch 5, wobei jeder Teilkanalbereich (11, 11') des ersten Ringkanals (10) mindestens zwei Druckausgleichsöffnungen (7, 7') umfasst.
Diffusor nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei in einer der Seitenwände (3, 4) mit Druckausgleichsöffnungen (7, 7') des Diffusorkanalabschnitts (2) mindestens ein zweiter Ringkanal (20) eingearbeitet ist, wodurch die Diffusorpassagen von zwei nicht benachbarten Schaufeln (6, 6") des Schaufelkranzes (5) fluidisch miteinander verbindbar sind.
Diffusor nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei die erste oder zweite Seitenwand (3, 4) des Diffusorkanalabschnitts (2) als eine Diffusorplatte (12) ausgebildet ist, wobei in der Diffusorplatte (12) die Anzahl der Druckausgleichsöffnungen (7, 7') und mindestens ein Ringkanal (10, 20) eingearbeitet sind.
Diffusor nach Anspruch 1, wobei der erste Ringkanal (10) über einen Verbindungskanal (30) mit einem Druckplenum (31) verbindbar ist, wodurch ein Fluid aus dem Druckplenum (31) in den ersten Ringkanal (10) strömen kann, damit der erste Ringkanal (10) mit dem Fluid gespült wird.
Diffusor nach Anspruch 9, wobei das Druckplenum (31) mit einer Fluidquelle (35) verbunden ist, wobei die Fluidquelle (35) ausgebildet ist, Fluid für das Druckplenum (31) bereitzustellen.
Diffusor nach Anspruch 10, wobei die Fluidquelle (35) als ein Ladeluftkühler ausgebildet ist, wobei der Ladeluftkühler ausgebildet ist, Fluid bereitzustellen, und wobei das Fluid aus dem Ladeluftkühler in das Druckplenum (31) einleitbar ist.
Diffusor nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei zwischen dem Druckplenum (31) und der Fluidquelle (35) ein Filtersystem (39) zur Reinigung des Fluids installiert ist.
Radialverdichter (100) mit einem Diffusor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Turboladeranordnung (150), umfassend Radialverdichter nach Anspruch 13.