EP3361101A1 - Return channel of a multistage compressor or expander with twisted vanes - Google Patents
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- EP3361101A1 EP3361101A1 EP17155607.9A EP17155607A EP3361101A1 EP 3361101 A1 EP3361101 A1 EP 3361101A1 EP 17155607 A EP17155607 A EP 17155607A EP 3361101 A1 EP3361101 A1 EP 3361101A1
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- F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
- F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
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- F05D2250/00—Geometry
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Definitions
- the invention relates to a recirculation stage for flowing through a process fluid along a throughflow direction of a radial turbomachine, in particular a radial turbocompressor recirculation stage, wherein the recirculation stage extends annularly around an axis, wherein the recirculation stage is defined radially inward by an inner boundary contour and radially outwardly by an outer boundary contour.
- the return stage extends radially outwardly in a first portion, wherein the return stage extends in a second portion along the first flow direction arcuate deflection descriptive from radially outside to radially inside, wherein the return stage along the first flow direction in a third portion extending from radially outward to radially inward, wherein the return stage is a bend in a fourth portion along the first flow direction descriptively extending from radially inward to axially, at least one vane stage comprising vanes extending at least along a portion of the third portion and the return stage circumferentially segmented into flow channels, wherein each profile center line of a profile cross section of the vanes of the vane stage on the inner boundary contour an inner Track and defined by the outer boundary contour an outer track.
- the invention relates to a radial turbomachine, in particular a radial turbocompressor with at least one such feedback stage.
- Radial turbomachines are known as either radial turbo compressors or radial turboexpanders. The following statements relate - unless otherwise stated - to the design as a compressor. The invention is basically just as applicable to expanders as it is to compressors a radial turboexpander relative to a radial turbocompressor essentially provides a reverse flow direction of the process fluid.
- impellers of the compressor generally suck a process fluid axially to an axis of rotation or obliquely to the axis of rotation with an axial velocity component and accelerate and compress this process fluid by means of the respective impeller - which is also referred to as an impeller -, the flow direction of the process fluid in the deflects radial direction.
- the impeller is followed by a return stage downstream of a multi-stage radial turbocompressor when at least one further impeller is provided downstream.
- a multi-stage radial turbomachine means in the terminology of this invention that multiple impellers are rotatably mounted about the same axis of rotation.
- an impeller equate to one stage of the radial turbomachine.
- the multistage results in the requirement that in the case of the compressor, the process fluid flowing radially out of the impeller must be guided back in the direction of the axis of rotation and can flow into the downstream impeller of the downstream stage with an axial velocity component.
- the flow guide, which allows this return of the process fluid is called "return stage".
- the component can be designed identically and is only flowed through in the reverse direction.
- a return stage provides that this entire component is supported and aligned by means of a so-called intermediate floor by means of suitable supports usually in a housing or other support device. Furthermore, the return stage comprises a so-called paddle bottom, which is attached to the intermediate bottom with the already explained guide vanes to form a return channel. Through the return channel, the process fluid flows to the next impeller inlet.
- the guide vanes have two functions. On the one hand, the vanes have the aerodynamic function of imparting a counterangle to the process fluid to the extent that at least the swirl from the upstream stage is largely compensated, and on the other hand, the vanes have the mechanical task of securing the blade bottom to the false floor in such a way that despite the dynamic load secure hold is guaranteed.
- the prior art conventional recycle stages have several disadvantages that the invention seeks to avoid.
- the geometrically rather simply designed return stages are for the most part aerodynamically less adapted to the fluidic task, so that the Complex three-dimensional flow situation remains at least partially disregarded, especially on the blade height differences remain unnoticed and accordingly occur disproportionately large flow losses, which reduce the efficiency.
- Other solutions, especially the return stage after WO2014072288A1 provide a completely three-dimensional trained blading the feedback stage, which is technically very difficult to implement and requires a complex individual design, so that in any case results in a better efficiency than the simple geometry.
- the invention has therefore taken on the task of combining the characteristics of simplified production, optimized aerodynamics and ease of assembly with each other.
- the recirculation stage of a radial turbomachine serves to redirect the process fluid from an upstream impeller radially outward from the radially outwardly directed flow direction and to supply it axially to the downstream downstream impeller.
- the terms axial, radial, tangential, circumferential direction and the like are in this case or in this document in each case based on the central axis around which the return stage extends annularly. This axis is in a radial turbomachine also the axis of rotation of a rotor or the shaft with the wheels.
- the vane stage located in the recirculation stage includes vanes that circumferentially segment the annular shape of the recirculation stage into individual channels.
- these guide vanes may also have interruptions (split), but according to the invention are preferably designed to be continuous along the first flow direction.
- the vanes have profiles that can be displayed in two dimensions - accordingly unwound.
- a two-dimensional representation is possible, for example, when the annular channel of the return stage is cut along a circumferentially extending central surface. This sectional surface of a single vane can be unwound into a plane to a two-dimensional representation.
- a profile center line of the stacked profiles of the guide vanes can be generated by means of centers of inscribed circles in the profile.
- a profile center line travel coordinate along the first flow direction along an average height of the respective vane can be defined.
- the length of the vane along this coordinate is expediently normalized to a total length of 1.
- the height direction of the guide blade is presently defined as the direction which is oriented perpendicular to the flow direction - in particular to the first flow direction - and perpendicular to the circumferential direction.
- the profile centerline of the vane immediately adjacent the outer limit contour of the annular channel of the recirculation stage is referred to herein as the outer track of the vane and the profile centerline of the profile profile of the vane located immediately adjacent the inner limit contour is referred to as the inner track of the vane.
- the outer limit contour of the return stage also referred to as cover plate side boundary contour, because a provided with a cover disc impeller has this cover plate on the side of the outer boundary contour.
- the hub-side flow contour of the impeller is located opposite to the inner boundary contour of the feedback stage, so that the inner limit contour of the feedback stage can also be referred to as a hub-side boundary contour.
- the inner limit contour may not always be considered to be radially inward than the outer limit contour for equal positions along a mean flow line through the recirculation stage, so that such alternative terms are convenient for better understanding.
- the circumferential position angle determines the respective position in the circumferential direction of the referenced components - here substantially reference points or lines of the vanes, e.g. Points on profile center lines of certain profile cross sections.
- the positive course direction of the circumferential position angle is in this case selected counter to the direction of rotation of the shaft or of the rotor.
- the vertex of this angle coincides with the central axis.
- the return stage is always connected to a fluidic task, so that a detachment of the terminology of the feedback stage of the rotational direction of the turbomachine is basically not appropriate.
- the guide blades in the second profile section have a recess extending from a point of the inner track to a point of the outer track for passing a fastening element between the inner boundary contour and the outer boundary contour.
- This recess is preferably closed towards the lateral blade profile surfaces.
- the recess has a central straight extension axis and can be designed in particular as a bore.
- the efficiency of the return stage can be further optimized if the guide vanes are each arranged with an inlet edge in each case in the second section, preferably in a region of the arcuate deflection of the second section between 0 ° -90 ° of a first deflection angle to the central axis.
- the deflection angle is in each case the angular difference of a projection of the respective throughflow direction, in particular of the first throughflow direction, of the return stage in an axial-radial plane at the exit to the considered deflecting section.
- a further improvement of the aerodynamics results from the fact that the guide vanes are each arranged with an exit edge in each case in the fourth section, preferably in a region of the arcuate deflection of the fourth section between 0 ° -60 ° second deflection angle to the axis.
- a radial turbomachine according to the invention comprises a return stage of the type already described, wherein the axis about which the return stage extends annularly with the axis of rotation of a rotor or a shaft carrying wheels, is identical.
- the return stage in this case leads the flow along the first direction of flow from an impeller to a downstream impeller.
- the invention makes it possible for the ratio of an intermediate diameter to an outlet diameter to be less than 1.5, in particular less than 1.4, wherein the exit diameter is the exit diameter of the impeller located upstream of the recirculation stage and the intermediate diameter is the diameter of the transition cross section of the recirculation stage from the first section to the second section.
- FIG. 1 shows a recycling stage RC of a radial turbomachine RTM, which is designed as a radial turbocompressor CO.
- a radial turbocompressor CO The components explained here by way of example for a radial turbocompressor CO are identical in construction according to the invention as a radial turboexpander, wherein a process fluid PF flows through these components in a radial turbocompressor CO in a first flow direction FD1 and in a radial turboexpander in an opposite second flow direction FD2.
- the descriptions in this document always refer to the first flow direction FD1, unless stated otherwise.
- FIG. 1 shows parts of two successively flowed through stages, a first stage ST1 and a second stage ST2 a partially illustrated radial turbomachine RTM or radial turbocompressor CO, wherein a feedback stage RTC between the two stages ST1, ST2 is shown here completely schematically.
- the two stages ST1, ST2 are shown here with wheels rotatably arranged about the rotation axis X, a first impeller IP1 and a second impeller IP2.
- a process fluid PF first flows through the first impeller IP1 in an axially inflowing and radially outflowing manner along a first throughflow direction FD1.
- an oppositely directed second flow direction FD2 is also indicated, as is the case with a radial expander.
- the process fluid PF Downstream of the first impeller IP1, the process fluid PF reaches a radially outwardly directed first section SG1 and is decelerated there, passes downstream into an approximately 180 ° deflection of a second section SG2 and then into a radially inward direction Returning a third section SG3 of the feedback stage RTC.
- the process fluid PF flows in a fourth section SG4 from radially inward into the second impeller IP2 in a direction of axial flow and is then again accelerated radially outward.
- the return stage RTC comprises a blade floor RR, vanes VNS and an intermediate floor DGP.
- the intermediate bottom DGP is supported by means of at least one support SUP in a support device - here in a housing CAS - and positioned there.
- the support SUP and the supporting portion of the housing CAS are in this case designed as a tongue and groove connection form-fitting.
- the return stage RTC or the blade bottom RR and the intermediate bottom DGP have a parting line which extends in a common plane substantially along the axis X. Expedient for the assembly, this parting line is located in the identical part of the joint plane, such as a parting line of the housing CAS, not shown.
- the rotor is divisible between two wheels or the wheels are axially displaceable to each other for the purpose of assembly, so that the return stages RTC can be formed undivided and gradually with the wheels IP1, IP2 of the rotor are mounted together before merging with a surrounding enclosure.
- the housing CAS can in any case be formed horizontally or vertically divided.
- FIG. 2 schematically shows a cross section through a radial turbomachine RTM according to the invention, as shown in the FIG. 1 with II-II.
- the first impeller IP1 mounted on the shaft SH is rotatably supported about the axis X along the rotational direction ROT.
- the directions are marked radially horizontally and vertically.
- the circumferential position angle ⁇ is positive against the rotational direction ROT.
- the first impeller IP1 has, by way of example, rotor blades IPB of a rotor blade stage. For a bucket IPB, the trailing edge TEI is entered. Downstream of the first impeller IP1 extends the feedback stage RTC.
- the feedback stage RTC has a vane stage VST, with guide vanes VNS, one of which is shown by way of example.
- the schematically drawn vane VNS is shown only with its leading edge LER.
- FIG. 2 shows FIG. 2 the relationship between the direction of rotation ROT of the shaft SH and the wheels IP1, IP2 and the circumferential position angle ⁇ .
- FIG. 3 shows three-dimensional parts of the feedback stage RTC, namely the vane stage VST with the vanes VNS and their three-dimensional design.
- FIG. 4 shows the variation of the circumferential position angle of the outer track to the inner track plotted against the profile centerline running coordinate L which is normalized to a total length of 1.
- a first alternative ALT1 provides that the difference is initially positive and then drops to 0 at approx. 0.3L and remains constant there until it drops to negative at approx. 0.65L ⁇ .
- a second alternative ALT2 provides that the circumferential position angle difference ⁇ is initially positive in the region of the leading edge LER, then decreases to the negative, has a local minimum there and rises again up to a difference of 0 at approximately 0.3L. There, ⁇ remains constant up to about 0.65L and then increases to positive, up to a local maximum, before dropping back into negative.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Rückführstufe (RTC) zur Durchströmung mittels eines Prozessfluids entlang einer Durchströmungsrichtung einer Radialturbomaschine (RTM), insbesondere Radialturboverdichterrückführstufe (RCC), wobei die Rückführstufe (RTC) sich ringförmig um eine Achse (X) erstreckt, wobei die Rückführstufe (RTC) nach radial innen von einer inneren Grenzkontur (IDC) und nach radial außen von einer äußeren Grenzkontur (ODC) definiert ist, wobei mindestens eine Leitschaufelstufe (VST) umfassend Leitschaufeln (VNS) sich zumindest entlang eines Teils des dritten Abschnitts (SG3) erstreckt und die Rückführstufe in Umfangsrichtung in Strömungskanäle segmentiert, wobei jeweils eine Profilmittellinie (PML) eines Profilquerschnitts (PRC) der Leitschaufeln (VNS) der Leitschaufelstufe (VST) seitens der inneren Grenzkontur (IDC) eine innere Spur (ITR) und seitens der äußeren Grenzkontur (ODC) eine äußere Spur (OTR) definiert. Daneben betrifft die Erfindung eine Radialturbomaschine (RTM), insbesondere einen Radialturboverdichter (CO) mit mindestens einer derartigen Rückführstufe. Zur Verbesserung der Aerodynamik wird vorgeschlagen, die Leitschaufeln (VNS) in einem mittleren zweiten Profilabschnitt (PS2) im Wesentlichen zylindrisch auszuführen und ansonsten dreidimensional zu gestalten.The invention relates to a recycling stage (RTC) for flowing through a process fluid along a throughflow direction of a radial turbomachine (RTM), in particular a radial turbocompressor recycling stage (RCC), wherein the recycling stage (RTC) extends annularly around an axis (X), wherein the recycling stage (RTC) is defined radially inward of an inner boundary contour (IDC) and radially outward of an outer boundary contour (ODC), wherein at least one vane stage (VST) comprising vanes (VNS) extends at least along a portion of the third portion (SG3); Segmented in the circumferential direction in flow channels, wherein in each case a profile center line (PML) of a profile cross section (PRC) of the guide vanes (VNS) of the vane stage (VST) on the inner boundary contour (IDC) an inner track (ITR) and the outer boundary contour (ODC) defines an outer track (OTR). In addition, the invention relates to a radial turbomachine (RTM), in particular a radial turbocompressor (CO) with at least one such return stage. To improve the aerodynamics, it is proposed to make the guide vanes (VNS) substantially cylindrical in a middle second profile section (PS2) and otherwise to make them three-dimensional.
Description
Die Erfindung betrifft eine Rückführstufe zur Durchströmung mittels eines Prozessfluids entlang einer Durchströmungsrichtung einer Radialturbomaschine, insbesondere Radialturboverdichterrückführstufe, wobei die Rückführstufe sich ringförmig um eine Achse erstreckt, wobei die Rückführstufe nach radial innen von einer inneren Grenzkontur und nach radial außen von einer äußeren Grenzkontur definiert ist, wobei entlang einer ersten Durchströmungsrichtung die Rückführstufe sich in einem ersten Abschnitt nach radial außen erstreckt, wobei die Rückführstufe sich in einem zweiten Abschnitt entlang der ersten Durchströmungsrichtung eine bogenförmige Umlenkung beschreibend von radial außen nach radial innen erstreckt, wobei die Rückführstufe sich entlang der ersten Durchströmungsrichtung in einem dritten Abschnitt von radial außen nach radial innen erstreckt, wobei die Rückführstufe sich entlang der ersten Durchströmungsrichtung in einem vierten Abschnitt eine bogenförmige Umlenkung beschreibend von radial innen nach axial erstreckt, wobei mindestens eine Leitschaufelstufe umfassend Leitschaufeln sich zumindest entlang eines Teils des dritten Abschnitts erstreckt und die Rückführstufe in Umfangsrichtung in Strömungskanäle segmentiert, wobei jeweils eine Profilmittellinie eines Profilquerschnitts der Leitschaufeln der Leitschaufelstufe seitens der inneren Grenzkontur eine innere Spur und seitens der äußeren Grenzkontur eine äußere Spur definiert. Daneben betrifft die Erfindung eine Radialturbomaschine, insbesondere einen Radialturboverdichter mit mindestens einer derartigen Rückführstufe.The invention relates to a recirculation stage for flowing through a process fluid along a throughflow direction of a radial turbomachine, in particular a radial turbocompressor recirculation stage, wherein the recirculation stage extends annularly around an axis, wherein the recirculation stage is defined radially inward by an inner boundary contour and radially outwardly by an outer boundary contour. wherein along a first flow direction, the return stage extends radially outwardly in a first portion, wherein the return stage extends in a second portion along the first flow direction arcuate deflection descriptive from radially outside to radially inside, wherein the return stage along the first flow direction in a third portion extending from radially outward to radially inward, wherein the return stage is a bend in a fourth portion along the first flow direction descriptively extending from radially inward to axially, at least one vane stage comprising vanes extending at least along a portion of the third portion and the return stage circumferentially segmented into flow channels, wherein each profile center line of a profile cross section of the vanes of the vane stage on the inner boundary contour an inner Track and defined by the outer boundary contour an outer track. In addition, the invention relates to a radial turbomachine, in particular a radial turbocompressor with at least one such feedback stage.
Radialturbomaschinen sind entweder als Radialturboverdichter oder Radialturboexpander bekannt. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich - wenn nicht anders angegeben - auf die Ausführung als Verdichter. Die Erfindung ist für Expander grundsätzlich genauso anwendbar, wie für Verdichter, wobei ein Radialturboexpander gegenüber einem Radialturboverdichter im Wesentlichen eine umgekehrte Strömungsrichtung des Prozessfluids vorsieht.Radial turbomachines are known as either radial turbo compressors or radial turboexpanders. The following statements relate - unless otherwise stated - to the design as a compressor. The invention is basically just as applicable to expanders as it is to compressors a radial turboexpander relative to a radial turbocompressor essentially provides a reverse flow direction of the process fluid.
Unter Entspannung und Umlenkung eines Prozessfluid findet bei einem Radialturboexpander eine Umwandlung der thermodynamisch im Prozessfluid gespeicherten Energie in technische Arbeit mittels Antriebs des Laufrads statt.
Bei Radialturboverdichter ist dieser Vorgang umgekehrt, diese wandeln bzw. speichern technische Arbeit in Strömungsarbeit, die thermodynamisch im Prozessfluid gespeichert wird. Hierzu saugen Laufräder des Verdichters in der Regel ein Prozessfluid axial zu einer Rotationsachse oder schräg zu der Rotationsachse mit einer axialen Geschwindigkeitskomponente an und beschleunigen und verdichten dieses Prozessfluid mittels des jeweiligen Laufrads - das auch als Impeller bezeichnet wird -, das die Strömungsrichtung des Prozessfluids in die radiale Richtung umlenkt. An das Laufrad schließt sich bei einem mehrstufigen Radialturboverdichter stromabwärts eine Rückführstufe an, wenn stromabwärts mindestens ein weiteres Laufrad vorgesehen ist.Under relaxation and deflection of a process fluid in a Radialturboexpander a conversion of the thermodynamically stored in the process fluid energy into technical work by means of drive of the impeller instead.
In radial turbo compressors, this process is reversed, these convert or store technical work in flow work, which is stored thermodynamically in the process fluid. For this purpose, impellers of the compressor generally suck a process fluid axially to an axis of rotation or obliquely to the axis of rotation with an axial velocity component and accelerate and compress this process fluid by means of the respective impeller - which is also referred to as an impeller -, the flow direction of the process fluid in the deflects radial direction. The impeller is followed by a return stage downstream of a multi-stage radial turbocompressor when at least one further impeller is provided downstream.
Eine mehrstufige Radialturbomaschine bedeutet in der Begriffswelt dieser Erfindung, dass mehrere Laufräder um die gleiche Rotationsachse drehbar angeordnet sind. Hierbei ist ein Laufrad gleichzusetzen mit einer Stufe der Radialturbomaschine. Aus der Mehrstufigkeit ergibt sich das Erfordernis, dass im Falle des Verdichters das radial aus dem Laufräder ausströmende Prozessfluid wieder zurück in Richtung der Rotationsachse geführt werden muss und mit einer axialen Geschwindigkeitskomponente in das nachfolgende Laufrad der stromabwärtigen Stufe einströmen kann. Die Strömungsführung, die diese Rückführung des Prozessfluids ermöglicht nennt sich daher "Rückführstufe". Im Falle des Expanders kann das Bauteil identisch ausgebildet sein und wird lediglich in umgekehrter Richtung durchströmt.A multi-stage radial turbomachine means in the terminology of this invention that multiple impellers are rotatably mounted about the same axis of rotation. Here, an impeller equate to one stage of the radial turbomachine. The multistage results in the requirement that in the case of the compressor, the process fluid flowing radially out of the impeller must be guided back in the direction of the axis of rotation and can flow into the downstream impeller of the downstream stage with an axial velocity component. The flow guide, which allows this return of the process fluid is called "return stage". In the case of the expander, the component can be designed identically and is only flowed through in the reverse direction.
Neben der Rückführung des Prozessfluides in Richtung der Rotationsachse und der Umlenkung der Strömungsrichtung des Prozessfluids in axiale Richtung sind in den Rückführstufen regelmäßig auch Leitschaufeln vorgesehen, die einen in der Strömung aus dem stromaufwärtigen Laufrad aufgeprägten Drall zumindest teilweise oder vollständig neutralisieren oder sogar einen Drall in Gegenrichtung aufprägen für den Eintritt in die nächste stromabwärtige Stufe.In addition to the return of the process fluid in the direction of the axis of rotation and the deflection of the flow direction of the process fluid in the axial direction and guide vanes are regularly provided in the return stages, which at least partially or completely neutralize an impinged in the flow of the upstream impeller twist or even a twist in the opposite direction imprint for entry to the next downstream stage.
Die übliche Ausfertigung einer Rückführstufe sieht vor, dass dieses Gesamtbauteil mittels eines sogenannten Zwischenbodens mittels geeigneter Auflager in der Regel in einem Gehäuse oder einer sonstigen Auflagevorrichtung abgestützt und ausgerichtet ist. Weiterhin umfasst die Rückführstufe einen sogenannten Schaufelboden, der an dem Zwischenboden mit den bereits erläuterten Leitschaufeln unter Ausbildung eines Rückführkanals befestigt ist. Durch den Rückführkanal strömt das Prozessfluid zum nächsten Laufradeintritt. In diesem Gebilde kommen den Leitschaufeln zwei Funktionen zu. Einerseits haben die Leitschaufeln die aerodynamische Funktion, dem Prozessfluid einen Gegendrall soweit aufzuprägen, dass zumindest der Drall aus der stromaufwärtigen Stufe weitestgehend kompensiert ist und andererseits haben die Leitschaufeln die mechanische Aufgabe, den Schaufelboden an dem Zwischenboden derart zu befestigen, dass trotz der dynamischen Belastung ein sicherer Halt gewährleistet ist.The usual version of a return stage provides that this entire component is supported and aligned by means of a so-called intermediate floor by means of suitable supports usually in a housing or other support device. Furthermore, the return stage comprises a so-called paddle bottom, which is attached to the intermediate bottom with the already explained guide vanes to form a return channel. Through the return channel, the process fluid flows to the next impeller inlet. In this structure, the guide vanes have two functions. On the one hand, the vanes have the aerodynamic function of imparting a counterangle to the process fluid to the extent that at least the swirl from the upstream stage is largely compensated, and on the other hand, the vanes have the mechanical task of securing the blade bottom to the false floor in such a way that despite the dynamic load secure hold is guaranteed.
In den Schriften
Die herkömmlichen Rückführstufen des Standes der Technik weisen unterschiedliche Nachteile auf, die die Erfindung zu vermeiden versucht. Die geometrisch eher einfach gestalteten Rückführstufen sind zum größten Teil aerodynamisch schlechter an die strömungstechnische Aufgabe angepasst, so dass die komplexe dreidimensionale Strömungssituation zumindest teilweise unberücksichtigt bleibt, insbesondere über die Schaufelhöhe bleiben Unterschiede unbeachtet und dementsprechend treten unverhältnismäßig große Strömungsverluste auf, die den Wirkungsgrad mindern. Andere Lösungen, insbesondere die Rückführstufe nach
Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, die Eigenschaften vereinfachte Fertigung, optimierte Aerodynamik und einfache Montage miteinander zu vereinen.The invention has therefore taken on the task of combining the characteristics of simplified production, optimized aerodynamics and ease of assembly with each other.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Rückführstufe bzw. eine Radialturbomaschine gemäß der Ansprüche 1 bzw. 8 vorgeschlagen. Die jeweils rückbezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.To achieve the object, a return stage or a radial turbomachine according to
Grundsätzlich dient die Rückführstufe einer Radialturbomaschine dazu, das Prozessfluid von einem stromaufwärts gelegenen Laufrad aus der nach radial außen gerichteten Strömungsrichtung wieder nach radial innen umzulenken und axial dem nachfolgenden stromabwärts gelegenen Laufrad zuzuführen. Die Begriffe axial, radial, tangential, Umfangsrichtung und ähnliche werden hierbei bzw. in diesem Dokument jeweils auf die zentrale Achse bezogen, um die sich die Rückführstufe ringförmig erstreckt. Diese Achse ist bei einer Radialturbomaschine auch die Rotationsachse eines Rotors bzw. der Welle mit den Laufrädern.Basically, the recirculation stage of a radial turbomachine serves to redirect the process fluid from an upstream impeller radially outward from the radially outwardly directed flow direction and to supply it axially to the downstream downstream impeller. The terms axial, radial, tangential, circumferential direction and the like are in this case or in this document in each case based on the central axis around which the return stage extends annularly. This axis is in a radial turbomachine also the axis of rotation of a rotor or the shaft with the wheels.
Die sich in der Rückführstufe befindende Leitschaufelstufe umfasst Leitschaufeln, die die Ringform der Rückführstufe in Umfangsrichtung in einzelne Kanäle segmentieren. Grundsätzlich können diese Leitschaufeln auch Unterbrechungen (split) aufweisen, sind aber nach der Erfindung bevorzugt entlang der ersten Strömungsrichtung ununterbrochen ausgebildet. Die Leitschaufeln weisen Profile auf, die sich - entsprechend abgewickelt - auch zweidimensional darstellen lassen. Eine zweidimensionale Darstellung ist beispielsweise möglich, wenn der ringförmige Kanal der Rückführstufe entlang einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden mittleren Fläche geschnitten wird. Diese Schnittfläche einer einzelnen Leitschaufel lässt sich in eine Ebene abwickeln, zu einer zweidimensionalen Darstellung. Eine Profilmittellinie der aufeinandergestapelten Profile der Leitschaufeln ist erzeugbar mittels Mittelpunkten eingeschriebener Kreise in dem Profil.The vane stage located in the recirculation stage includes vanes that circumferentially segment the annular shape of the recirculation stage into individual channels. In principle, these guide vanes may also have interruptions (split), but according to the invention are preferably designed to be continuous along the first flow direction. The vanes have profiles that can be displayed in two dimensions - accordingly unwound. A two-dimensional representation is possible, for example, when the annular channel of the return stage is cut along a circumferentially extending central surface. This sectional surface of a single vane can be unwound into a plane to a two-dimensional representation. A profile center line of the stacked profiles of the guide vanes can be generated by means of centers of inscribed circles in the profile.
Auf diese Weise lässt sich eine Profilmittellinienlaufkoordinate entlang der ersten Durchströmungsrichtung entlang einer mittleren Höhe der jeweiligen Leitschaufel definieren. Die Länge der Leitschaufel entlang dieser Koordinate ist zweckmäßig normiert auf eine Gesamtlänge 1.In this way, a profile center line travel coordinate along the first flow direction along an average height of the respective vane can be defined. The length of the vane along this coordinate is expediently normalized to a total length of 1.
Die Höhenrichtung der Leitschaufel wird vorliegend als die Richtung definiert, die senkrecht zu der Durchströmungsrichtung - insbesondere zur ersten Durchströmungsrichtung - und senkrecht zu der Umfangsrichtung orientiert ist.The height direction of the guide blade is presently defined as the direction which is oriented perpendicular to the flow direction - in particular to the first flow direction - and perpendicular to the circumferential direction.
Die Profilmittellinie der Leitschaufel unmittelbar angrenzend an der äußeren Grenzkontur des ringförmigen Kanals der Rückführstufe wird hier als äußere Spur der Leitschaufel bezeichnet und die Profilmittellinie des unmittelbar an der inneren Grenzkontur befindlichen Profilquerschnitts der Leitschaufel wird als die innere Spur der Leitschaufel bezeichnet. In diesem Zusammenhang kann die äußere Grenzkontur der Rückführstufe auch als deckscheibenseitige Grenzkontur bezeichnet werden, weil ein mit einer Deckscheibe versehenes Laufrad diese Deckscheibe auf der Seite der äußeren Grenzkontur aufweist. Die nabenseitige Strömungskontur des Laufrades befindet sich dazu gegenüberliegend auf der inneren Grenzkontur der Rückführstufe, so dass die innere Grenzkontur der Rückführstufe auch als nabenseitige Grenzkontur bezeichnet werden kann. Entlang der komplexen Geometrie der Rückführstufe kann die innere Grenzkontur nicht immer als radial weiter innen liegend angesehen werden als die äußere Grenzkontur für gleiche Positionen entlang einer mittleren Strömungslinie durch die Rückführstufe, so dass derartige alternative Bezeichnungen zum besseren Verständnis zweckmäßig sind.The profile centerline of the vane immediately adjacent the outer limit contour of the annular channel of the recirculation stage is referred to herein as the outer track of the vane and the profile centerline of the profile profile of the vane located immediately adjacent the inner limit contour is referred to as the inner track of the vane. In this context, the outer limit contour of the return stage Also referred to as cover plate side boundary contour, because a provided with a cover disc impeller has this cover plate on the side of the outer boundary contour. The hub-side flow contour of the impeller is located opposite to the inner boundary contour of the feedback stage, so that the inner limit contour of the feedback stage can also be referred to as a hub-side boundary contour. Along the complex geometry of the recirculation stage, the inner limit contour may not always be considered to be radially inward than the outer limit contour for equal positions along a mean flow line through the recirculation stage, so that such alternative terms are convenient for better understanding.
Der Umfangspositionswinkel bestimmt die jeweilige Position in Umfangsrichtung der in Bezug genommenen Bauteile - hier im Wesentlichen Referenzpunkte oder Linien der Leitschaufeln, z.B. Punkte auf Profilmittelinien von bestimmten Profilquerschnitten. Die positive Verlaufsrichtung des Umfangspositionswinkels ist hierbei entgegen der Rotationsrichtung der Welle bzw. des Rotors gewählt. Der Scheitelpunkt dieses Winkels fällt mit der zentralen Achse zusammen. Für den Fachmann ist die Rückführstufe stets mit einer strömungstechnischen Aufgabenstellung verbunden, so dass eine Loslösung der Begriffswelt der Rückführstufe von der Rotationsrichtung der Turbomaschine grundsätzlich nicht zweckmäßig ist.The circumferential position angle determines the respective position in the circumferential direction of the referenced components - here substantially reference points or lines of the vanes, e.g. Points on profile center lines of certain profile cross sections. The positive course direction of the circumferential position angle is in this case selected counter to the direction of rotation of the shaft or of the rotor. The vertex of this angle coincides with the central axis. For the expert, the return stage is always connected to a fluidic task, so that a detachment of the terminology of the feedback stage of the rotational direction of the turbomachine is basically not appropriate.
Die drei Profilabschnitte der Leitschaufeln der Leitschaufelstufe unterscheiden sich aufgrund der Schwerpunkte ihrer Funktionen erfindungsgemäß voneinander. Der erste und der dritte Profilabschnitt stehen in starkem Zusammenhang mit einer bogenförmigen Umlenkung des Prozessfluids, wobei der zweite Profilabschnitt weniger die bogenförmige Umlenkung als strömungstechnische Aufgabe aufweist. Alle drei Profilabschnitte stehen im Zusammenhang entweder mit einer Verzögerung oder Beschleunigung des Prozessfluids, so dass auch dahingehend anspruchsvolle überlagerte aerodynamische Vorgänge stattfinden. Der zweite Profilabschnitt ist darüber hinaus noch besonders bevorzugt, der Hindurchführung mindestens eines Befestigungselementes für den Zwischenboden an dem Schaufelboden zu dienen. Diesen Gegebenheiten trägt die Erfindung im besonderen Maße Rechnung. Vorteilhaft homogenisiert die Erfindung die Strömung über die Höhenerstreckung der Leitschaufeln, indem jeweils für Werte von L in den Profilabschnitten gilt:
- in dem ersten Profilabschnitt (PS1):
- in dem zweiten Profilabschnitt (PS2): OTR (L) =θITR (L) und (θOTR (L) -θITR (L)) '=0,
- in dem dritten Profilabschnitt (PS3):
- in the first profile section (PS1):
- in the second profile section (PS2): OTR (L) = θ ITR (L) and (θ OTR (L) -θ ITR (L)) '= 0,
- in the third profile section (PS3):
Besonders zweckmäßig ist eine weiterbildende Ausbildung, bei der in dem ersten Profilabschnitt gilt:
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass gilt:
Der mittlere, zweite Profilabschnitt erstreckt sich vorteilhaft von höchstens L=0,4 bis mindestens L=0,6.The middle, second profile section advantageously extends from at most L = 0.4 to at least L = 0.6.
Zur Befestigung des Zwischenbodens an dem Schaufelboden ist es sinnvoll, wenn zumindest einige der Leitschaufeln in dem zweiten Profilabschnitt eine sich von einem Punkt der Innenspur zu einem Punkt der Außenspur erstreckende Ausnehmung aufweisen zur Durchführung eines Befestigungselements zwischen der inneren Grenzkontur und der äußeren Grenzkontur. Bevorzugt ist diese Ausnehmung zu den lateralen Schaufelprofiloberflächen hin geschlossen. Besonders bevorzugt weist die Ausnehmung eine zentrale gerade Erstreckungsachse auf und kann insbesondere als Bohrung ausgeführt sein.For fastening the false floor to the blade bottom, it makes sense if at least some of the guide blades in the second profile section have a recess extending from a point of the inner track to a point of the outer track for passing a fastening element between the inner boundary contour and the outer boundary contour. This recess is preferably closed towards the lateral blade profile surfaces. Particularly preferably, the recess has a central straight extension axis and can be designed in particular as a bore.
Der Wirkungsgrad der Rückführstufe kann weiter optimiert werden, wenn die Leitschaufeln jeweils mit einer Eintrittskante jeweils in dem zweiten Abschnitt angeordnet sind, bevorzugt in einem Bereich der bogenförmigen Umlenkung des zweiten Abschnitts zwischen 0°-90° eines ersten Umlenkungswinkels zur zentralen Achse.The efficiency of the return stage can be further optimized if the guide vanes are each arranged with an inlet edge in each case in the second section, preferably in a region of the arcuate deflection of the second section between 0 ° -90 ° of a first deflection angle to the central axis.
Der Umlenkungswinkel ist bei den bogenförmigen Umlenkungen in der Rückführstufe jeweils die Winkeldifferenz einer Projektion der jeweiligen Durchströmungsrichtung, insbesondere der ersten Durchströmungsrichtung, der Rückführstufe in einer axial-radialen Ebene eingangs zu ausgangs des betrachteten umlenkenden Abschnitts.In the case of the curved deflections in the return stage, the deflection angle is in each case the angular difference of a projection of the respective throughflow direction, in particular of the first throughflow direction, of the return stage in an axial-radial plane at the exit to the considered deflecting section.
Eine weitere Verbesserung der Aerodynamik ergibt sich dadurch, dass die Leitschaufeln jeweils mit einer Austrittskante jeweils in dem vierten Abschnitt angeordnet sind, bevorzugt in einem Bereich der bogenförmigen Umlenkung des vierten Abschnitts zwischen 0°-60° zweiten Umlenkungswinkel zur Achse.A further improvement of the aerodynamics results from the fact that the guide vanes are each arranged with an exit edge in each case in the fourth section, preferably in a region of the arcuate deflection of the fourth section between 0 ° -60 ° second deflection angle to the axis.
Eine Radialturbomaschine nach der Erfindung umfasst eine Rückführstufe der bereits beschriebenen Art, wobei die Achse, um die sich die Rückführstufe ringförmig erstreckt mit der Rotationsachse eines Rotors bzw. einer Welle, die Laufräder trägt, identisch ist. Die Rückführstufe führt hierbei die Strömung entlang der ersten Durchströmungsrichtung von einem Laufrad zu einem stromabwärts gelegenen Laufrad.A radial turbomachine according to the invention comprises a return stage of the type already described, wherein the axis about which the return stage extends annularly with the axis of rotation of a rotor or a shaft carrying wheels, is identical. The return stage in this case leads the flow along the first direction of flow from an impeller to a downstream impeller.
Besonders zweckmäßig ermöglicht die Erfindung, dass das Verhältnis von einem Zwischendurchmesser zu einem Austrittsdurchmesser kleiner als 1,5, insbesondere kleiner als 1,4 ist, wobei der Austrittsdurchmesser der Austrittsdurchmesser des stromaufwärts der Rückführstufe gelegenen Laufrades ist und der Zwischendurchmesser der Durchmesser des Übergangsquerschnitts der Rückführstufe von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt ist.Particularly expediently, the invention makes it possible for the ratio of an intermediate diameter to an outlet diameter to be less than 1.5, in particular less than 1.4, wherein the exit diameter is the exit diameter of the impeller located upstream of the recirculation stage and the intermediate diameter is the diameter of the transition cross section of the recirculation stage from the first section to the second section.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Figur 1- ein axialer Längsschnitt durch den Ausschnitt eines Gehäuses einer Radialturbomaschine mit einer Rückführstufe und Laufrädern,
- Figur 2
- zeigt eine Darstellung eines Querschnitts gemäß dem in
ausgewiesenen Schnitt II-II,Figur 1 - Figur 3
- zeigt eine dreidimensionale Widergabe der Leitschaufelstufe einer erfindungsgemäßen Rückführstufe zusammen mit einem Zwischenboden und
- Figur 4
- zeigt den Umfangspositionswinkeldifferenzverlauf zwischen der äußeren Spur und der inneren Spur der Profilmittellinie einzelner Leitschaufeln der Leitschaufelstufe der Rückführstufe aufgetragen über die auf 1 (dimensionslos) normierte Profillängenlaufkoordinate entlang der ersten Strömungsrichtung.
- FIG. 1
- an axial longitudinal section through the cutout of a housing of a radial turbomachine with a return stage and wheels,
- FIG. 2
- shows a representation of a cross section according to the in
FIG. 1 designated section II-II, - FIG. 3
- shows a three-dimensional reproduction of the vane stage of a return stage according to the invention together with an intermediate bottom and
- FIG. 4
- Figure 12 shows the circumferential angular position difference curve between the outer track and the inner track of the profile center line of individual vanes of the vane stage of the recirculation stage plotted against the 1 (dimensionless) normalized profile length run coordinate along the first flow direction.
Die hier beispielhaft für einen Radialturboverdichter CO erläuterten Bauteile sind bauidentisch erfindungsgemäß auch umsetzbar als Radialturboexpander, wobei ein Prozessfluid PF diese Bauteile in einem Radialturboverdichter CO in einer ersten Durchströmungsrichtung FD1 und in einem Radialturboexpander in einer entgegengesetzten zweiten Durchströmungsrichtung FD2 durchströmt. Die Schilderungen beziehen sich in diesem Dokument stets auf die erste Durchströmungsrichtung FD1, sofern nicht anders angegeben.The components explained here by way of example for a radial turbocompressor CO are identical in construction according to the invention as a radial turboexpander, wherein a process fluid PF flows through these components in a radial turbocompressor CO in a first flow direction FD1 and in a radial turboexpander in an opposite second flow direction FD2. The descriptions in this document always refer to the first flow direction FD1, unless stated otherwise.
Ein Prozessfluid PF durchströmt in der Darstellung der Figur 1 zunächst das erste Laufrad IP1 axial einströmend und radial ausströmend entlang einer ersten Durchströmungsrichtung FD1. Nur beispielhaft ist auch eine entgegengesetzt ausgerichtete zweite Durchströmungsrichtung FD2 angegeben, wie diese vorläge bei einem Radialexpander. Stromabwärts anschließend an das erste Laufrad IP1 erreicht das Prozessfluid PF radial nach außen strömend einen radial nach außen gerichteten ersten Abschnitt SG1 und wird dort verzögert, gelangt stromabwärts in eine ca. 180°-Umlenkung eines zweiten Abschnitts SG2 und anschließend in eine radial nach innen gerichtete Rückführung eines dritten Abschnitts SG3 der Rückführstufe RTC. Stromabwärts des dritten Abschnitts SG3 gelangt das Prozessfluid PF in einem vierten Abschnitt SG4 von radial nach innen strömend nach axial strömend umgelenkt in das zweite Laufrad IP2, um dort wieder radial nach außen beschleunigt zu werden.In the representation of FIG. 1, a process fluid PF first flows through the first impeller IP1 in an axially inflowing and radially outflowing manner along a first throughflow direction FD1. By way of example only, an oppositely directed second flow direction FD2 is also indicated, as is the case with a radial expander. Downstream of the first impeller IP1, the process fluid PF reaches a radially outwardly directed first section SG1 and is decelerated there, passes downstream into an approximately 180 ° deflection of a second section SG2 and then into a radially inward direction Returning a third section SG3 of the feedback stage RTC. Downstream of the third section SG3, the process fluid PF flows in a fourth section SG4 from radially inward into the second impeller IP2 in a direction of axial flow and is then again accelerated radially outward.
Die Rückführstufe RTC umfasst einen Schaufelboden RR, Leitschaufeln VNS und einen Zwischenboden DGP. Der Zwischenboden DGP ist mittels mindestens eines Auflagers SUP in einer Auflagervorrichtung - hier in einem Gehäuse CAS - abgestützt und dort positioniert. Das Auflager SUP und der abstützende Abschnitt des Gehäuses CAS sind hierbei als Nut-Feder-Verbindung formschlüssig ausgebildet.The return stage RTC comprises a blade floor RR, vanes VNS and an intermediate floor DGP. The intermediate bottom DGP is supported by means of at least one support SUP in a support device - here in a housing CAS - and positioned there. The support SUP and the supporting portion of the housing CAS are in this case designed as a tongue and groove connection form-fitting.
In nicht näher dargestellter Weise weist die Rückführstufe RTC bzw. weisen der Schaufelboden RR und der Zwischenboden DGP eine Teilfuge auf, die in einer gemeinsamen Ebene im Wesentlichen entlang der Achse X verläuft. Zweckmäßig für die Montage ist diese Teilfuge in der identischen Teilfugenebene gelegen, wie eine nicht dargestellte Teilfuge des Gehäuses CAS.In a manner not shown in detail, the return stage RTC or the blade bottom RR and the intermediate bottom DGP have a parting line which extends in a common plane substantially along the axis X. Expedient for the assembly, this parting line is located in the identical part of the joint plane, such as a parting line of the housing CAS, not shown.
Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Rotor zwischen zwei Laufrädern teilbar ausgebildet ist oder die Laufräder axial zueinander zum Zwecke der Montage verschieblich ausgebildet sind, so dass die Rückführstufen RTC ungeteilt ausgebildet sein können und schrittweise mit den Laufrädern IP1, IP2 des Rotors zusammen montiert werden bevor ein Zusammenführung mit einem umgebenden Gehäuse stattfindet. Das Gehäuse CAS kann jedenfalls horizontal oder vertikal geteilt ausgebildet sein.In principle, it is also conceivable that the rotor is divisible between two wheels or the wheels are axially displaceable to each other for the purpose of assembly, so that the return stages RTC can be formed undivided and gradually with the wheels IP1, IP2 of the rotor are mounted together before merging with a surrounding enclosure. The housing CAS can in any case be formed horizontally or vertically divided.
Die herkömmliche Ausbildung der Rückführstufe RTC, die in der
Die Leitschaufeln sind entlang der ersten Durchströmungsrichtung FD1 in drei aufeinanderfolgende Profilabschnitte PS aufgeteilt:
- einen ersten Profilabschnitt PS1,
- einen zweiten Profilabschnitt PS2,
- einen dritten Profilabschnitt PS3.
- a first profile section PS1,
- a second profile section PS2,
- a third profile section PS3.
Die
Claims (9)
wobei die Rückführstufe (RTC) sich ringförmig um eine Achse (X) erstreckt,
wobei die Rückführstufe (RTC) nach radial innen von einer inneren Grenzkontur (IDC) und nach radial außen von einer äußeren Grenzkontur (ODC) definiert ist,
wobei entlang einer ersten Durchströmungsrichtung (FD1) die Rückführstufe (RTC) sich in einen ersten Abschnitt (SG1) nach radial außen erstreckt,
wobei die Rückführstufe (RTC) sich in einem zweiten Abschnitt (SG2) entlang der ersten Durchströmungsrichtung (FD1) eine bogenförmige Umlenkung beschreibend von radial außen nach radial innen erstreckt,
wobei die Rückführstufe (RTC) sich entlang der ersten Durchströmungsrichtung (FD1) in einem dritten Abschnitt (SG3) von radial außen nach radial innen erstreckt, wobei die Rückführstufe (RTC) sich entlang der ersten Durchströmungsrichtung (FD1) in einem vierten Abschnitt (SG4) eine bogenförmige Umlenkung beschreibend von radial innen nach axial erstreckt,
wobei mindestens eine Leitschaufelstufe (VST) umfassend Leitschaufeln (VNS) sich zumindest entlang eines Teils des dritten Abschnitts (SG3) erstreckt und die Rückführstufe in Umfangsrichtung in Strömungskanäle segmentiert,
wobei jeweils eine Profilmittellinie (PML) eines Profilquerschnitts (PRC) der Leitschaufeln (VNS) der Leitschaufelstufe (VST) seitens der inneren Grenzkontur (IDC) eine innere Spur (ITR) und seitens der äußeren Grenzkontur (ODC) eine äußere Spur (OTR) definiert,
wobei die Verläufe der inneren Spur (ITR) bzw. äußeren Spur (OTR) definierbar sind als:
dass jeweils für Werte von L in den Profilabschnitten gilt:
wherein the return stage (RTC) extends annularly about an axis (X),
wherein the return stage (RTC) is defined radially inward of an inner boundary contour (IDC) and radially outward of an outer boundary contour (ODC),
wherein along a first through-flow direction (FD1) the return stage (RTC) extends radially outwardly into a first section (SG1),
wherein the return stage (RTC) extends in a second section (SG2) along the first throughflow direction (FD1) describing an arcuate deflection from radially outside to radially inside,
wherein the return stage (RTC) extends in a third section (SG3) from radially outside to radially inward along the first throughflow direction (FD1), wherein the return stage (RTC) extends along the first throughflow direction (FD1) in a fourth section (SG4) descriptively extending an arcuate deflection from radially inward to axial,
wherein at least one vane stage (VST) comprising vanes (VNS) extends at least along a portion of the third portion (SG3) and segments the recirculation stage circumferentially into flow channels,
wherein each profile center line (PML) of a profile cross section (PRC) of the guide vane (VNS) of the vane stage (VST) defines an inner track (ITR) on the inner boundary contour (IDC) and an outer track (OTR) on the outer boundary contour (ODC) .
wherein the tracks of the inner track (ITR) and outer track (OTR) are definable as:
that applies in each case to values of L in the profile sections:
wobei in dem ersten Profilabschnitt (PS1) gilt:
wherein in the first profile section (PS1):
wobei sich der zweite Profilabschnitt (PS2) erstreckt von höchstens L=0,4 bis mindestens L=0,6.Feedback stage (RTC) according to claim 1, 2 or 3,
wherein the second profile section (PS2) extends from at most L = 0.4 to at least L = 0.6.
wobei zumindest einige der Leitschaufeln (VNS) in dem zweiten Profilabschnitt (PS2) eine sich von einem Punkt der Innenspur zu einem Punkt der Außenspur erstreckende Ausnehmung aufweisen zur Durchführung eines Befestigungselements zwischen der inneren Grenzkontur (IDC) und der äußeren Grenzkontur (ODC).Feedback stage (RTC) according to claim 1, 2, 3 or 4,
wherein at least some of the vanes (VNS) in the second tread portion (PS2) have a recess extending from a point of the inner lane to a point of the outer lane for passing a fastener between the inner limit contour (IDC) and the outer limit contour (ODC).
wobei die Leitschaufeln (VNS) jeweils mit einer Eintrittskante (VLE) jeweils in dem zweiten Abschnitt (SG2) angeordnet sind, bevorzugt in einem Bereich der bogenförmigen Umlenkung des zweiten Abschnitts (SG2) zwischen 0°-90° eines ersten Umlenkungswinkels (BA1).Feedback stage (RTC) according to claim 1, 2, 3, 4 or 5,
wherein the guide vanes (VNS) are each arranged with an entry edge (VLE) respectively in the second section (SG2), preferably in a region of the arcuate deflection of the second section (SG2) between 0 ° -90 ° of a first deflection angle (BA1).
wobei die Leitschaufeln (VNS) jeweils mit einer Austrittskante (VTE) jeweils in dem vierten Abschnitt (SG4) angeordnet sind, bevorzugt in einem Bereich der bogenförmigen Umlenkung des vierten Abschnitts (SG2) zwischen 0°-60° eines zweiten Umlenkungswinkels (BA2).Feedback stage (RTC) according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6,
wherein the guide vanes (VNS) are each arranged with an exit edge (VTE) respectively in the fourth section (SG4), preferably in a region of the arcuate deflection of the fourth section (SG2) between 0 ° -60 ° of a second deflection angle (BA2).
wobei der Laufräder (IP1, IP2) stromaufwärts der Rückführstufe (RTC) einen Austrittsdurchmesser (D2) aufweist, wobei der Übergangsquerschnitt der Rückführstufe von dem ersten Abschnitt (SG1) zu dem zweiten Abschnitt (SG2) auf einem Zwischendurchmesser (DRR) angeordnet ist, wobei gilt:
wherein the impellers (IP1, IP2) have an exit diameter (D2) upstream of the return stage (RTC), the transitional cross section of the return stage being disposed from the first section (SG1) to the second section (SG2) at an intermediate diameter (DRR) applies:
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WO (1) | WO2018145838A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3690254A1 (en) | 2019-01-31 | 2020-08-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Radial turbomachine and impeller for a radial turbomachine |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10760587B2 (en) | 2017-06-06 | 2020-09-01 | Elliott Company | Extended sculpted twisted return channel vane arrangement |
KR102427392B1 (en) * | 2018-01-24 | 2022-07-29 | 한화에어로스페이스 주식회사 | Diffuser for compressor |
US11598347B2 (en) * | 2019-06-28 | 2023-03-07 | Trane International Inc. | Impeller with external blades |
JP2022184085A (en) * | 2021-05-31 | 2022-12-13 | 三菱重工コンプレッサ株式会社 | centrifugal compressor |
CN114593089A (en) * | 2022-01-26 | 2022-06-07 | 北京盈天航空动力科技有限公司 | V-shaped meridian flow passage diffuser of micro turbojet engine |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS562499A (en) * | 1979-06-22 | 1981-01-12 | Hitachi Ltd | Guide vane for multistage oblique flow pump |
DE3430307A1 (en) | 1983-09-22 | 1985-04-04 | Dresser Industries, Inc., Dallas, Tex. | Diffuser construction for a centrifugal compressor |
EP0592803B1 (en) | 1992-10-15 | 1997-03-05 | MAN Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft | Gear driven multi-shaft compressor |
US20100272564A1 (en) | 2009-04-27 | 2010-10-28 | Man Turbo Ag | Multi stage radial compressor |
JP2012102712A (en) * | 2010-11-15 | 2012-05-31 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Turbo type compression machine |
WO2014072288A1 (en) | 2012-11-06 | 2014-05-15 | Nuovo Pignone Srl | Centrifugal compressor with twisted return channel vane |
DE102014203251A1 (en) | 2014-02-24 | 2015-08-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Return stage for a radial turbomachine |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1403497A1 (en) * | 1961-11-03 | 1969-01-23 | Doelz Dipl Ing Heinrich | Multi-stage turbo compressor |
CS175720B1 (en) * | 1974-04-01 | 1977-05-31 | ||
JPS5641496A (en) * | 1979-09-12 | 1981-04-18 | Hitachi Ltd | Return bend of single shaft multistage centrifugal compressor |
JPH10331793A (en) | 1997-06-03 | 1998-12-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Return flow passage of centrifugal compressor |
JPH11173299A (en) | 1997-12-05 | 1999-06-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Centrifugal compressor |
JP2004150404A (en) * | 2002-11-01 | 2004-05-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Vaned diffuser and radial flow turbo machine equipped with the diffuser |
US7448852B2 (en) * | 2005-08-09 | 2008-11-11 | Praxair Technology, Inc. | Leaned centrifugal compressor airfoil diffuser |
US7717672B2 (en) * | 2006-08-29 | 2010-05-18 | Honeywell International Inc. | Radial vaned diffusion system with integral service routings |
CN104121203A (en) * | 2014-07-14 | 2014-10-29 | 杨丽萍 | Single-section structure of sectional-type multi-stage pump for sewage |
-
2017
- 2017-02-10 EP EP17155607.9A patent/EP3361101A1/en not_active Withdrawn
-
2018
- 2018-01-09 US US16/483,424 patent/US11073162B2/en active Active
- 2018-01-09 EP EP18702076.3A patent/EP3551889B1/en active Active
- 2018-01-09 CN CN201880011227.2A patent/CN110291295B/en active Active
- 2018-01-09 WO PCT/EP2018/050397 patent/WO2018145838A1/en active Search and Examination
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS562499A (en) * | 1979-06-22 | 1981-01-12 | Hitachi Ltd | Guide vane for multistage oblique flow pump |
DE3430307A1 (en) | 1983-09-22 | 1985-04-04 | Dresser Industries, Inc., Dallas, Tex. | Diffuser construction for a centrifugal compressor |
EP0592803B1 (en) | 1992-10-15 | 1997-03-05 | MAN Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft | Gear driven multi-shaft compressor |
US20100272564A1 (en) | 2009-04-27 | 2010-10-28 | Man Turbo Ag | Multi stage radial compressor |
JP2012102712A (en) * | 2010-11-15 | 2012-05-31 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Turbo type compression machine |
WO2014072288A1 (en) | 2012-11-06 | 2014-05-15 | Nuovo Pignone Srl | Centrifugal compressor with twisted return channel vane |
DE102014203251A1 (en) | 2014-02-24 | 2015-08-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Return stage for a radial turbomachine |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3690254A1 (en) | 2019-01-31 | 2020-08-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Radial turbomachine and impeller for a radial turbomachine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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EP3551889A1 (en) | 2019-10-16 |
CN110291295B (en) | 2020-11-03 |
US11073162B2 (en) | 2021-07-27 |
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