EP3658781A1 - Durchströmbare anordnung - Google Patents

Durchströmbare anordnung

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EP3658781A1
EP3658781A1 EP18759898.2A EP18759898A EP3658781A1 EP 3658781 A1 EP3658781 A1 EP 3658781A1 EP 18759898 A EP18759898 A EP 18759898A EP 3658781 A1 EP3658781 A1 EP 3658781A1
Authority
EP
European Patent Office
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diffuser
impeller
dff
axial
vne
Prior art date
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Granted
Application number
EP18759898.2A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP3658781B1 (de
Inventor
Uwe Martens
Nico Petry
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3658781A1 publication Critical patent/EP3658781A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3658781B1 publication Critical patent/EP3658781B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/444—Bladed diffusers

Definitions

  • the invention relates to an arrangement which zessfluid of a product along a main direction of flow can flow, comprising sor a standing about an axis in a direction of rotation rotatable impeller and a downstream impeller be ⁇ -sensitive bladed with vanes diffu-, said impeller an inlet for a wesentli ⁇ chen axial inflow and an outlet for a wesent ⁇ union radial outflow, wherein between a wheel disc and a cover plate of the impeller radially and axially extending blades are arranged, the rad- radkanäle in a circumferential direction delimit each other wherein the diffuser extends substantially radially along a main flow direction, the diffuser having an axial shroud side and an axial wheel disk side defining therebetween an axial channel width of the diffuser, the diffuser entering a diffuser for a substantially radial inflow and a diffuser outlet, wherein between the Radusionnseite and the cover ⁇ disk side
  • EP 2 650 546 AI known.
  • the guide vanes in inclined form in a standing behind the impeller stationary diffuser (dihedral vanes).
  • the so-called “low solidity diffuser” (with guide vanes having a relatively large distance from one another in the circumferential direction in relation to their Radialerstre- suppression), to means of this aerodynamic measure a reduced pressure loss can be achieved. Since the Strö ⁇ mung image significantly in the diffuser, however, can depend on the flow conditions in and after the impeller the proposed measures, depending on the constellation of the impeller have positive or negative effects, so that the ge ⁇ wished effect of this measure only under certain other aerodynamic conditions or not will be matched one.
  • Radial compressor impeller known whose cover plate and wheel ⁇ disc are formed on the outer circumference as conical surfaces.
  • WO 2011/011335 A1 each show a three-dimensional diffuser vane design downstream of an open impeller.
  • the flow conditions on an open impeller are not comparable with those in a closed impeller because of the adhesive condition even on Strömungstre- rende stator relative to the wheel disc on the open impeller. Downstream of an open impeller therefore results in completely different flow patterns, in particular with regard to the differences on the part of the wheel disc and the cover plate.
  • EP 0,648,939 A2 shows a turbo machine with a ge ⁇ closed impeller.
  • EP 2650546 Al shows a Leitschaufeltreatment with a curved profile centroid line along the blade height ⁇ downstream of a closed impeller. So far, a three-dimensional design of impeller ⁇ blades and Diffusorschaufein hardly follows a traceable technical teaching that improves the aerodynamics of the arrangement reliably over conventional designs. It is therefore an object of the invention to improve the aerodynamics, in particular the guide vanes of the diffuser of such an arrangement, by means of the teaching according to the invention.
  • the invention proposes an arrangement of the type defined above, which is further formed by means of the characterizing part of the main claim.
  • the individual vanes can be defined as a stack of blade profiles along a blade height.
  • the blade profiles here are two-dimensional geometries that define the blade outer contour in a specific blade height position.
  • the invention understands a ("imaginary") straight connecting line between the profile leading edge (profile nose) and a profile chord of a blade profile
  • the angle of attack of a blade profile corresponds to the angle between the tangent to the chord and the tangent to the circular motion of the rotor. Accordingly, along the extension of the blade of the Anstellwin ⁇ angle is perpendicular to the blade height, that is substantially parallel to the main flow direction ⁇ constant and can be moved along the blade height variie ⁇ ren.
  • a skeleton line describes a profile ⁇ section or a profile of a blade in a certain height position in that the skeleton line (curvature line) is a line inscribed by the center points or the suction side and pressure side of the profile tangent circles defined line.
  • Expressions such as axial, radial, tangential or circumferential direction relate - unless otherwise indicated - to a rotational axis of the impeller of the assembly.
  • the terms "tangential”, “tangent” and related terms are often used in the description of this invention with respect to another curve.
  • a process fluid may in the present case be any gaseous, liquid or mixed-phase fluid.
  • the process fluid be ⁇ moved along a main flow direction through the purchase order, which is part of a turbomachine generally.
  • the outflow direction is understood to be the mean direction of travel of the process fluid in the region which is defined in the respective context of physical boundary walls.
  • the process fluid passes through individual of Leit ⁇ shovel limited axial and limited circumferential flow channels from a region of the inlet edges of the guide vanes radially outward in a range of trailing edges of the vanes into it. Since the guide vanes each have a curvature of the profile, it is only possible to speak of a substantially radial main flow direction.
  • the impeller of the assembly includes a wheel disc and a cover disc on a rule.
  • the wheel disc hereby limited flow channels of the impeller on the one hand radially (vorwie ⁇ quietly in the area of inflow) inside and, on the other hand, to the axial side (increasingly close to the impeller outlet) axially opposite the inflow side and through which a process fluid does not flow into the impeller
  • the cover disc represents the boundary of flow channels of the impeller opposite the wheel disc the Radusionnseite opposite axial shroud side flows the process fluid axially into the impeller and is deflected for the flow channels of the impeller radially outward.
  • the cover plate side could therefore be called the inflow side.
  • the blades connect the wheel disc and the cover plate together.
  • the wheel disc and the cover disc also define the wheel disc side and the cover disc side, respectively, to which reference will also be made in the description of the diffuser.
  • the inflow of the diffuser in the arrangement according to the invention always takes place radially from the inside to the outside.
  • the diffuser is preferably also provided with a substantially radially outward direction
  • the diffuser is also curved and optionally flows radially-axially, axially or radially inward flows.
  • a section of the diffuser always extends substantially radially. This section can be located in front of a deflection of the flow in an axial or in a radially inward flow direction.
  • a leading edge angle for each axial blade height is defined as Win ⁇ angle between a leading edge tangent to a skeleton ⁇ line to a leading edge of each vane and a circumferential tangent through the inlet edge, the
  • Admission edge angle cover plate side is smaller than the wheel side.
  • a circumferential tangent which extends through the inlet ridge occurs that this circumferential tangent perpendicular to a radial line through the leading edge point of the jewei ⁇ time profile section of the vane.
  • the A ⁇ occurs edge angle here is the mathematically positive over- dashed angles from the circumferential tangent to the entrance edge tangent to the skeleton line.
  • An advantageous development of the invention provides that the difference between the cover plate side and the wheel disc soapy entry edge angle is at least 5 °.
  • An inventive embodiment of the invention in this order of magnitude leads to a significant improvement in the aerodynamic properties of the arrangement.
  • Another advantageous development of the invention provides that the angle of attack of the guide vanes is smaller on the side of the cover disk than on the side of the wheel disk. This embodiment takes into account the difference in the flow pattern after exiting the impeller between the cover plate side and the wheel disc side in addition, so that the aerodynamics is further improved.
  • Another development of the invention provides that the flow is prepared particularly expedient after exiting the impeller before entering the diffuser when the quotient of the axial channel width of the bladed diffuser to the maximum impeller outlet diameter is greater than 0.04.
  • Another advantageous development of the invention provides that the ratio of the axial channel width of the diffuser contemplative feiten to the axial channel width of the impeller at the ma imum ⁇ rotor outlet diameter is smaller than 0.95. In this way, the flow with the entry into the diffusion accelerated, so that the vortex formation behind the Lauf ⁇ rad reduces.
  • dung the guide vanes are formed such that a win ⁇ angle between a tangent to the skeleton line in the entry ⁇ edge portion to a tangent to the skeleton line in the off ⁇ takes edge portion of the cover disk each small disk-side and wheel.
  • this feature can be characterized in that a deflecting function predetermined by the respective profile is less strong on the cover plate side than on the wheel disk side.
  • This refinement also relates advantageously to the particular flow situation of the process fluid after it leaves the impeller and before it enters the diffuser.
  • a similar effect has another advantageous Wide Erbil ⁇ dung of the inventive arrangement, in which the guide vanes are formed such that an angle between a tangent to the skeleton line in the leading edge region to the profile chord is cover plate side is smaller than wheel discs ⁇ other.
  • the angle between a tangent to the skeleton line in the leading edge region to the profile chord is de ⁇ finiert than the mathematically positive angle of the tangent to the skeleton line in the leading edge region to the profile chord.
  • the guide vanes have an inclination, such that the leading edge is offset on the cover disc side opposite the wheel-side leading edge opposite to the rotational direction of the impeller by at least 10% of the axial channel width of the diffuser.
  • this embodiment takes into account the differences between the shroud side and the wheel ⁇ disk side in the flow image after exiting the impeller additionally.
  • the trailing edge may also be inclined in the circumferential direction, and it is particularly expedient for an advantageous further development of the arrangement if the trailing edge is in the circumferential direction
  • Guide vanes are designed such that an offset ent ⁇ against the rotational direction of the impeller at the trailing edge of the cover plate side opposite the Radterionsei ⁇ te is lower than at the leading edge.
  • a harmonious, low-pressure flow control is achieved in particular when the axial course (course in the vertical direction) of the vanes of the diffuser from the cover plate side to the Radepticnseite is continuously ge ⁇ curved executed.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through an arrangement according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic cross section through an arrangement according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic cross section through a diffuser of an arrangement according to the invention in the region of a single guide blade.
  • Figures 1 and 2 show a schematic representation
  • An inventive arrangement ARG is flowed through by a process fluid PFF along a main flow direction MFD from an inlet INL to an outlet EXT.
  • ARG comprises a rotatable about an axis X in Rotationsrich- tung RTD impeller IMP.
  • the IMP Downstream of the Laufra ⁇ the IMP is a bladed with vanes VNE stationary diffuser DFF.
  • the impeller IMP has an inlet INI for a substantially axial inflow and a outlet EXI for substantially radial outflow.
  • the suitability for the substantially axial inflow or the outflow of the substantially radial impeller is characterized by the course of itself through the impeller IMP réellere ⁇ -bridging the flow duct and the impeller channels ICH.
  • Zvi ⁇ rule HWI a wheel disc and a cover disc of the impeller SWI IMP are located radially and axially extending blades BLD.
  • the blade channels ICH are separated from each other by these blades in BLD in a circumferential direction CDR, as can be seen in FIGS. 3 and 4.
  • the diffuser DFF extends with
  • the diffuser DFF has an axial cover plate side SWS and an axi ⁇ alle wheel disc side HWS. This nomenclature is based on the arrangement of the cover disc SWI and the wheel disc HWI of the impeller IMP.
  • the axial shroud side SWS and the axial Radusionnseite HWS of the diffuser DFF limit Zvi ⁇ to rule an axial channel width of the diffuser IAC DFF.
  • the diffuser has a diffuser inlet DFF IND for the radial inflow We ⁇ sentlichen and a diffuser outlet EXD on.
  • the diffuser is subdivided into three sections extending along the main flow direction MFD, into a first diffuser third TS1, a second one
  • Zvi ⁇ rule Radularnseite the cervical spine and the cover plate side SWS extend axially along a blade height direction and radially extending along a flow direction Vanes VNE.
  • the vanes VNE delimit individual vane channels HCN from each other in a circumferential direction CDR.
  • Figures 3, 4 and 5 a cross section of he ⁇ inventive arrangement ARG or a section is respectively reproduced therefrom, so that it is also apparent how the Leitschaufelkanäle HCN tung each other in a the circumferential CDR are delimited by means of the guide vanes VNE. Since the vanes VNE by nature not a completely straight
  • the individual vanes VNE can be described as a stack of blade profiles PRL (for example, blade profile
  • the blade profiles PRL themselves are two-dimensional geometries that define the blade outer contour in a specific blade elevation position. The actual three-dimensional
  • the outer contour of the blade on the respective suction side SCS and pressure side PRS results as a surface interpolation between the linear boundary contours of the blade profiles PRL, which each indicate a linear specification in the respective blade height position (here also axial position).
  • FIG 3 shows in cross-section schematic fragmentary the arrangement according to the invention with an impeller ARG IMP and ei ⁇ nem downstream diffuser subsequent DFF, which is designed as a stator STA.
  • IMP between the impeller and the diffuser DFF is a radial clearance RCL a Radi ⁇ alspaltes.
  • the impeller IMP rotates in the illustration in a circumferential direction CDR.
  • the individual guide vanes VNE of the diffuser DFF are merely reproduced as schematic skeleton lines BWL.
  • a skeleton line BWL here describes a profile section or a profile of a blade in a certain height position in that the skeleton line BWL, also sometimes called curvature line, one of the Mit- is the center of a defined line or the suction side and the pressure side of the profile tangent circles.
  • FIG. 5 uses two circles CLC to show, by way of example, how pressure side PRF and suction side SCS of a vane VNE define the skeleton line BWL by means of the inscribed circles CLC.
  • Figure 5 shows only an axial section through the diffuser DFF in the region of a vane VNS, the figure has validity for both the cover plate side SWS, as well as for the wheel disc side HWS.
  • FIG. 4 shows similar relationships in conjunction with the impeller IMP.
  • the impeller IMP is divided into three along the main flow direction MFD successive Drittab ⁇ sections in approximately starting from a blade inlet edge ILE up to a blade outlet edge ITE.
  • the blade inlet edge ILE and the blade outlet edge ITE are not necessarily identical to the inlet INI of the impeller or outlet XEI of the impeller.
  • the main flow direction MFD also runs axially in the impeller IMP - ie also in the drawing plane in FIG. 4.
  • the in ⁇ formation over the axial goes naturally verlo- ren in the axial projection of the rotor blades BLD of Figure 4.
  • the impeller has a first impeller portion IS1, egg ⁇ NEN second impeller portion IS2 and a third Laufradab ⁇ section IS3 on.
  • the fi gure 4 in each dashed reproduction shows the cover disk side SWS and the wheel disk side HWS both for a running shoe BLD and for a guide blade VNE.
  • an ingress edge angle ⁇ LEA is defined for each axial blade as the angle between a leading edge tangent TLV of jewei- time vane VNE and a circumferential tangent CTG by the leading edge DLE.
  • the entry edge angle LEA is mathematically positively measured from the circumferential tangent CTG on the entrance edge tangent TLV.
  • the Peripheral tangent CTG is a tangent to the circumferential direction in the respective indicated position, here at the position of the leading edge DLE.
  • This circumferential tangent CTG can also be defined as being perpendicular to a radial ray RAD and the reference point, here including the leading edge DLE.
  • the profile chord VCH of the profile of the vane VNE is also drawn into the respective section, which extends from an entry edge DLE to a exit edge DTE as a straight line.
  • the pitch angle AOA is also defined as a mathematically positive measured angle from the circumferential tangent CTG to the chord VCH.
  • the arrangement ARG provides that the entry edge angle LEA cover plate side is smaller than the wheel disk side in the diffuser DFF.
  • the difference between the cover-disk-side and the wheel-disk-side entry edge angle LEA is preferably at least 5 degrees.
  • the quotient of the axial channel width SAC of the bladed diffuser DFF to the maximum impeller outlet diameter is more than 0.04. It can also be deduced from FIG. 2 that the quotient of an axial channel width SAC of the bladed diffuser DFF to the axial channel width IAC of the impeller IMP at the maximum impeller outlet diameter DIE is less than 0.95.
  • the routing ⁇ shovel VNE is formed such that an angle, here ge ⁇ Nannt profile camber angle VBA, between a tangent TLV to the skeleton line BWL in the leading edge region to a tangent TTV on the skeleton line BWL in Austrittskantenbe ⁇ rich TEA cover plate side is smaller than Radusionnsei ⁇ tig.
  • the angle of curvature VBA is here again mathematical measured positive from the tangent TLV on the skeleton line BWL in the entry edge area.
  • FIG. 5 fundamentally reproduces the relationships on the wheel disk side HWS or cover disk side SWS and accordingly represents both sides.
  • a leading edge of the vanes DLE VNE can ⁇ advantageous way, as shown in Figure 4, a piece of downstream passageway radially Windone be offset from the diffuser inlet DFF, wherein in figure 4, this radial offset is designated as CBS.
  • FIG. 4 Schematically represented in FIG. 4 is the relationship that the guide vanes VNE have a tendency such that the entry edge DLE covers the disk side opposite the wheel-disk-side leading edge DLE against the rotational direction RTD of the impeller IMP by at least 10% of the axial channel width SAC of the diffuser DFF is offset.
  • the vanes VNE are formed such that an offset against the rotational direction RTD of the impeller IMP at the trailing edge DTE of the cover plate side SWS against the Radusionnseite HWS is lower than at the leading edge DLE.
  • the axial course of the guide view of the diffuser DFF from the cover disk side SWS to the wheel disk side HWS is continuously curved.
  • FIG. 4 also shows schematically that at least in the most upstream third of the extension of the guide vanes VNE along the main flow direction MFD, an axial projection of a cover-side guide blade track DDS and a wheel-side guide rail DRS at least one projection of cover-side guide track DDS to the wheel-side guide track DRS of at least an area ratio> 5% the cover plate side vane track surface has.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (ARG), die von einem Prozessfluid (PFF) entlang einer Hauptströmungsrichtung (MFD) durchströmbar ist, umfassend ein um eine Achse (X) in einer Rotationsrichtung (RTD) rotierbares Laufrad (IMP) und einen stromabwärts des Laufrades (IMP) befindlichen, mit Leitschaufeln (VNE) beschaufelten stehenden Diffusor (DFF), wobei das Laufrad (IMP) einen Eintritt (ILI) für eine im Wesentlichen axiale Zuströmung und einen Austritt (EXI) für eine im Wesentlichen radiale Abströmung aufweist, wobei zwischen einer Radscheibe (HWI) und einer Deckscheibe (SWI) des Laufrads (IMP) sich radial und axial erstreckende Laufschaufeln (BLD) angeordnet sind, die Laufradkanäle (ICH) in einer Umfangsrichtung (CDR) voneinander abgrenzen, wobei der Diffusor (DFF) sich entlang einer Hauptströmungsrichtung (MFD) im Wesentlichen radial erstreckt, wobei der Diffusor (DFF) eine axiale Deckscheibenseite (SWS) und eine axiale Radscheibenseite (HWS) aufweist, die zwischen sich eine axiale Kanalbreite (SAC) des Diffusors (DFF) begrenzen, wobei der Diffusor (DFF) einen Diffusoreintritt (ILD) für eine im Wesentlichen radiale Zuströmung und einen Diffusoraustritt (EXD) aufweist, wobei zwischen der Radscheibenseite (HWS) und der Deckscheibenseite (SWS) des Diffusors (DFF) sich entlang einer Schaufelhöhenrichtung axial und entlang einer Durchströmungsrichtung radial erstreckende Leitschaufeln (VNE) angeordnet sind, die Leitschaufelkanäle (HCN) in einer Umfangsrichtung (CDR) voneinander abgrenzen. Es wird vorgeschlagen, dass ein Eintrittskantenwinkel (LEA) für jede axiale Schaufelhöhe definiert ist als Winkel zwischen einer Eintrittskantentangente (TLV) an einer Skelettlinie (BWL) an einer Eintrittskante (DLE) der jeweiligen Leitschaufel (VNE) und einer Umfangstangente (CTG) durch die Eintrittskante, wobei der Eintrittskantenwinkel (LEA) deckscheibenseitig kleiner ist als radscheibenseitig.

Description

Beschreibung
Durchströmbare Anordnung Die Erfindung betrifft eine Anordnung , die von einem Pro- zessfluid entlang einer Hauptströmungsrichtung durchströmbar ist, umfassend ein um eine Achse in einer Rotationsrichtung rotierbares Laufrad und einen stromabwärts des Laufrades be¬ findlichen, mit Leitschaufeln beschaufelten stehenden Diffu- sor , wobei das Laufrad einen Eintritt für eine im Wesentli¬ chen axiale Zuströmung und einen Austritt für eine im Wesent¬ lichen radiale Abströmung aufweist, wobei zwischen einer Radscheibe und einer Deckscheibe des Laufrads sich radial und axial erstreckende Laufschaufeln angeordnet sind, die Lauf- radkanäle in einer Umfangsrichtung voneinander abgrenzen, wobei der Diffusor sich entlang einer Hauptströmungsrichtung im Wesentlichen radial erstreckt, wobei der Diffusor eine axiale Deckscheibenseite und eine axiale Radscheibenseite aufweist, die zwischen sich eine axiale Kanalbreite des Diffusors be- grenzen, wobei der Diffusor einen Diffusoreintritt für eine im Wesentlichen radiale Zuströmung und einen Diffusoraustritt aufweist, wobei zwischen der Radscheibenseite und der Deck¬ scheibenseite des Diffusors sich entlang einer Schaufelhöhenrichtung axial und entlang einer Durchströmungsrichtung radi- al erstreckende Leitschaufeln angeordnet sind, die Leitschau¬ felkanäle in einer Umfangsrichtung voneinander abgrenzen.
Eine entsprechende Anordnung ist bereits aus der
EP 2 650 546 AI bekannt. Dort wird vorgeschlagen, die Leit- schaufeln in geneigter Form in einem hinter dem Laufrad angeordneten stehenden Diffusor anzuordnen (dihedral vanes) . Insbesondere beim sogenannten „low solidity diffusor" (mit Leitschaufeln, die einen verhältnismäßig großen Abstand zueinander in Umfangsrichtung im Verhältnis zu deren Radialerstre- ckung aufweisen) soll mittels dieser aerodynamischen Maßnahme ein verringerter Druckverlust erzielt werden. Da das Strö¬ mungsbild in dem Diffusor jedoch maßgeblich von den Strömungsverhältnissen in und nach dem Laufrad abhängt, können die vorgeschlagenen Maßnahmen je nach Konstellation des Laufrades positive oder negative Effekte haben, so dass der ge¬ wünschte Effekt dieser Maßnahme nur unter ganz bestimmten sonstigen aerodynamischen Randbedingungen oder gar nicht ein- tritt.
Aus der DE 10 2010 020 379 AI ist bereits ein einstellbarer Radialverdichterdiffusor bekannt, bei dem die axiale Kanalbreite des im Wesentlichen sich radial erstreckenden Diffu- sors veränderlich ausgebildet ist.
Aus der DE 10 2014 219 107 AI ist bereits ein
Radialverdichterlaufrad bekannt, dessen Deckscheibe und Rad¬ scheibe an dem Außenumfang als Kegelflächen ausgebildet sind.
Aus der DE 10 2016 201 256 AI ist bereits eine Anordnung aus einem Laufrad und einem Diffusor bekannt, bei der die einzel¬ nen Diffusorleitschaufein unterschiedliche Abstände zu der Rotationsachse aufweisen.
Aus der EP 2 650 546 AI ist bereits die in Umfangsrichtung geneigte Anordnung von Leitschaufeln in einem Diffusor einer Radialturbomaschine bekannt. Die Dokumente US 2 372 880 A, EP 2 778 431 A2,
WO 2011/011335 AI zeigen jeweils eine dreidimensionale Diffu- sor-Leitschaufel-Gestaltung stromabwärts eines offenen Laufrades. Die Strömungsverhältnisse an einem offenen Laufrad sind schon aufgrund der Haftbedingung auch am strömungsfüh- renden Stator gegenüber der Radscheibe am offenen Laufrad nicht mit denen in einem geschlossenen Laufrad vergleichbar. Stromabwärts eines offenen Laufrads ergeben sich daher völlig andere Strömungsbilder, insbesondere hinsichtlich der Unterschiede seitens der Radscheibe und der Deckscheibe.
Die EP 0 648 939 A2 zeigt eine Turbomaschine mit einem ge¬ schlossenen Laufrad. Die EP 2 650 546 AI zeigt eine Leitschaufelgestaltung mit einer gebogenen Profilschwerpunktslinie entlang der Schaufel¬ höhe stromabwärts eines geschlossenen Laufrads. Bisher folgt eine dreidimensionale Gestaltung von Laufrad¬ schaufeln und Diffusorschaufein kaum einer nachvollziehbaren technischen Lehre, die die Aerodynamik der Anordnung zuverlässig gegenüber herkömmlichen Ausführungen verbessert. Die Erfindung hat es sich daher zu Aufgabe gemacht, die Aerodyna- mik, insbesondere der Leitschaufeln des Diffusors einer derartigen Anordnung mittels der erfindungsgemäßen Lehre zu verbessern .
Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung eine Anordnung der eingangs definierten Art vor, die mittels des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs weiter gebildet ist.
Die einzelnen Leitschaufeln lassen sich als ein Stapel von Schaufelprofilen entlang einer Schaufelhöhe definieren. Die Schaufelprofile sind hierbei zweidimensionale Geometrien, die die Schaufelaußenkontur in einer bestimmten Schaufelhöhenposition definieren.
Hierbei versteht die Erfindung unter einer Profilsehne eines Schaufelprofils eine („gedachte") gerade Verbindungslinie zwischen der Profilvorderkante (Profilnase) und einer
Profilhinterkante .
Der Anstellwinkel eines Schaufelprofils entspricht dem Winkel zwischen Tangente an der Profilsehne und der Tangente an der Kreisbewegung des Rotors. Dementsprechend ist der Anstellwin¬ kel entlang der Erstreckung der Schaufel senkrecht zur Schaufelhöhe, also im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungs¬ richtung konstant und kann entlang der Schaufelhöhe variie¬ ren .
Eine Skelettlinie (Krümmungslinie) beschreibt einen Profil¬ schnitt bzw. ein Profil einer Schaufel in einer bestimmten Höhenposition dadurch, dass die Skelettlinie (Krümmungslinie) eine von den Mittelpunkten eingeschriebener bzw. die Saugseite und Druckseite des Profils tangierender Kreise definierte Linie ist. Ausdrücke, wie axial, radial, tangential oder Umfangsrichtung beziehen sich - wenn dies nicht anders angegeben ist - auf eine Rotationsachse des Laufrades der Anordnung. Insbesondere die Begriffe „tangential", „Tangente" und damit in Verbindung stehende Ausdrücke sind in der Beschreibung dieser Erfindung häufig auch mit Bezug auf eine andere Kurve benutzt.
Ein Prozessfluid kann vorliegend ein beliebiges gasförmiges, flüssiges oder mischphasiges Fluid sein. Das Prozessfluid be¬ wegt sich entlang einer Hauptströmungsrichtung durch die An- Ordnung, die in der Regel Bestandteil einer Turbomaschine ist. Unter der Ausströmungsrichtung wird die mittlere Fortbewegungsrichtung des Prozessfluids in dem Bereich verstanden, der in dem jeweiligen Zusammenhang von gegenständlichen Begrenzungswänden definiert wird. Beispielsweise in dem Diffu- sor bewegt sich das Prozessfluid durch einzelne von Leit¬ schaufeln axial begrenzte und in Umfangsrichtung begrenzte Strömungskanäle von einem Bereich der Eintrittskanten der Leitschaufeln nach radial außen in einem Bereich von Austrittskanten der Leitschaufeln hinein. Da die Leitschaufeln jeweils eine Krümmung des Profils aufweisen, kann nur von einer im Wesentlichen radialen Hauptströmungsrichtung gesprochen werden. Jedenfalls lässt der Begriff „Hauptströmungs¬ richtung" lokale Wirbel und Turbulenzen unberücksichtigt. Das Laufrad der Anordnung weist in der Regel eine Radscheibe und eine Deckscheibe auf. Die Radscheibe begrenzt hierbei Strömungskanäle des Laufrades einerseits nach radial (vorwie¬ gend im Bereich der Einströmung) innen und andererseits zu der axialen Seite (zunehmend mit Nähe zum Laufradaustritt hin) hin, die axial der Einströmseite gegenüberliegt und durch die ein Prozessfluid nicht in das Laufrad einströmt. Die Deckscheibe stellt die der Radscheibe gegenüberliegender Begrenzung von Strömungskanälen des Laufrades dar. Auf der der Radscheibenseite gegenüberliegenden axialen Deckscheibenseite strömt das Prozessfluid axial in das Laufrad ein und wird für die Strömungskanäle des Laufrades nach radial außen hin umgelenkt. Die Deckscheibenseite könnte deswegen auch Zuströmungsseite genannt werden. In Umfangsrichtung werden
Strömungskanäle des Laufrades mittels Laufschaufeln voneinan¬ der abgegrenzt, wobei die Laufschaufeln die Radscheibe und die Deckscheibe miteinander verbinden. Im Kontext der gesamten Anordnung definieren die Radscheibe und die Deckscheibe jeweils auch die Radscheibenseite und die Deckscheibenseite, auf die bei der Beschreibung des Diffusors ebenfalls Bezug genommen wird. Die Zuströmung des Diffusors in der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt stets radial von innen nach außen. Bevorzugt ist der Diffusor hierbei auch mit einer im Wesentlichen radial nach außen gerichteten
Abströmung in Form eines Diffusoraustritts versehen. Grund¬ sätzlich ist es denkbar, dass der Diffusor auch gekrümmt ausgebildet ist und gegebenenfalls radial-axial, axial oder nach radial-innen abströmt. Grundsätzlich erstreckt sich nach der Erfindung stets ein Abschnitt des Diffusors im Wesentlichen radial. Dieser Abschnitt kann sich vor einer Umlenkung der Strömung in eine axiale oder in eine nach radial innen gerichtete Strömungsrichtung befinden.
Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Eintrittskantenwinkel für jede axiale Schaufelhöhe definiert ist als Win¬ kel zwischen einer Eintrittskantentangente an einer Skelett¬ linie an einer Eintrittskante der jeweiligen Leitschaufel und einer Umfangstangente durch die Eintrittskante, wobei der
Eintrittskantenwinkel deckscheibenseitig kleiner ist als rad- scheibenseitig .
Hierbei bedeutet eine Umfangstangente, die durch die Ein- trittskante verläuft, dass diese Umfangstangente senkrecht zu einem Radialstrahl durch den Eintrittskantenpunkt des jewei¬ ligen Profilschnitts der Leitschaufel verläuft. Der Ein¬ trittskantenwinkel ist hierbei der mathematisch positiv über- strichene Winkel ausgehend von der Umfangstangente bis zu der Eintrittskantentangente an der Skelettlinie. Diese Festlegung der Skelettliniengestaltung an der Eintrittskante für die Radscheibenseite mit Bezug auf die Deckscheibenseite der Diffusorleitschaufel führt zu einer verlustfreieren Einströ¬ mung des Prozessfluids in den Diffusor.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Differenz zwischen deckscheibenseitigem und radscheiben- seifigem Eintrittskantenwinkel mindestens 5° beträgt. Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung in dieser Größenordnung führt zu einer deutlichen Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften der Anordnung. Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Anstellwinkel der Leitschaufeln deckscheiben- seitig kleiner als radscheibenseitig ist. Diese Ausgestaltung berücksichtigt die Differenz im Strömungsbild nach Austritt aus dem Laufrad zwischen der Deckscheibenseite und der Rad- scheibenseite zusätzlich, so dass die Aerodynamik weiter verbessert wird.
Diese Verbesserung wird umso deutlicher, wenn die Differenz zwischen deckscheibenseitigem und radscheibenseitigem An- Stellwinkel der Leitschaufeln mindestens 5° beträgt.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strömung nach Austritt aus dem Laufrad vor Eintritt in den Diffusor besonders zweckmäßig vorbereitet wird, wenn der Quo- tient aus axialer Kanalbreite des beschaufelten Diffusors zum maximalen Laufradaustrittsdurchmesser größer als 0,04 ist.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Quotient aus axialer Kanalbreite des beschau- feiten Diffusors zur axialen Kanalbreite des Laufrades am ma¬ ximalen Laufradaustrittsdurchmesser kleiner als 0,95 ist. Auf diese Weise wird die Strömung mit dem Eintritt in den Diffu- sor beschleunigt, so dass die Wirbelbildung hinter dem Lauf¬ rad sich reduziert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfin- dung sind die Leitschaufeln derart ausgebildet, dass ein Win¬ kel zwischen einer Tangente an der Skelettlinie im Eintritts¬ kantenbereich zu einer Tangente an der Skelettlinie im Aus¬ trittskantenbereich deckscheibenseitig kleiner ist als rad- scheibenseitig . In anderen Worten kann dieses Merkmal dadurch charakterisiert werden, dass eine durch das jeweilige Profil vorgegebene Umlenkfunktion deckscheibenseitig weniger stark ist als radscheibenseitig . Auch diese Ausgestaltung bezieht sich vorteilhaft auf die besondere Strömungssituation des Prozessfluids nach Austritt aus dem Laufrad und vor Eintritt in den Diffusor.
Eine ähnliche Wirkung hat eine andere vorteilhafte Weiterbil¬ dung der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die Leitschaufeln derart ausgebildet sind, dass ein Winkel zwischen einer Tangente an der Skelettlinie im Eintrittskantenbereich zu der Profilsehne deckscheibenseitig kleiner ist als radscheiben¬ seitig. Hierbei ist der Winkel zwischen einer Tangente an der Skelettlinie im Eintrittskantenbereich zu der Profilsehne de¬ finiert als der mathematisch positive Winkel von der Tangente an der Skelettlinie im Eintrittskantenbereich zu der Profilsehne .
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leitschaufeln eine Neigung aufweisen, derart, dass die Eintrittskante deckscheibenseitig gegenüber der rad- scheibenseitigen Eintrittskante entgegen der Rotationsrichtung des Laufrades um mindestens 10% der axialen Kanalbreite des Diffusors versetzt ist. Insbesondere in Kombination mit den bereits zuvor beschriebenen einzelnen oder einigen Wei- terbildungen der Erfindung berücksichtigt diese Ausgestaltung die Unterschiede zwischen der Deckscheibenseite und der Rad¬ scheibenseite im Strömungsbild nach Austritt aus dem Laufrad zusätzlich . Bezugnehmend auf eine derartige Neigung der Eintrittskante in Umfangsrichtung kann auch die Austrittskante in Umfangsrich- tung geneigt sein, wobei es nach einer vorteilhaften Weiter- bildung der Anordnung besonders zweckmäßig ist, wenn die
Leitschaufeln derart ausgebildet sind, dass ein Versatz ent¬ gegen der Rotationsrichtung des Laufrades an der Austrittskante von der Deckscheibenseite gegenüber der Radscheibensei¬ te geringer ist als an der Eintrittskante.
Eine harmonische, druckverlustarme Strömungsführung wird ins besondere dann erzielt, wenn der axiale Verlauf (Verlauf in Höhenrichtung) der Leitschaufeln des Diffusors von der Deckscheibenseite bis zur Radscheibenseite kontinuierlich ge¬ krümmt ausgeführt ist.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher ver deutlicht. Es zeigen:
Figur 1 : einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung,
Figur 2 : einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung als De¬ tail II gemäß Figur 1,
Figur 3 : einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung,
Figur 4 : einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung mit zusätz¬ lichen geometrischen Details und
Figur 5 : einen schematischen Querschnitt durch einen Diffusor einer erfindungsgemäßen Anordnung im Bereich einer einzigen Leit- schaufei .
Die Figuren 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung
Längsschnitte durch eine erfindungsgemäße Anordnung ARG, wo¬ bei Figur 2 ein mit II bezeichnetes Detail der Figur 1 wie- dergibt. Eine erfindungsgemäße Anordnung ARG wird von einem Prozessfluid PFF entlang einer Hauptströmungsrichtung MFD von einem Eintritt INL zu einem Austritt EXT durchströmt. Die An¬ ordnung ARG umfasst ein um eine Achse X in Rotationsrich- tung RTD rotierbares Laufrad IMP. Stromabwärts des Laufra¬ des IMP befindet sich ein mit Leitschaufeln VNE beschaufelter stehender Diffusor DFF. Das Laufrad IMP weist einen Eintritt INI für eine im Wesentlichen axiale Zuströmung auf und einen Austritt EXI für im Wesentlichen radiale Abströmung. Die Eignung für die im Wesentlichen axiale Zuströmung bzw. die im Wesentlichen radiale Abströmung des Laufrades zeichnet sich durch den Verlauf des sich durch das Laufrad IMP erstre¬ ckenden Strömungskanals bzw. der Laufradkanäle ICH aus. Zwi¬ schen einer Radscheibe HWI und einer Deckscheibe SWI des Laufrades IMP befinden sich radial und axial sich erstreckende Laufschaufeln BLD. Die Laufschaufelkanäle ICH sind durch diese Laufschaufein BLD in einer Umfangsrichtung CDR voneinander abgegrenzt, wie dies den Figuren 3 und 4 entnehmbar ist. Der Diffusor DFF erstreckt sich mit
Diffusorströmungskanälen entlang der Hauptströmungsrichtung MFD, die im Wesentlichen radial verläuft. Der Diffusor DFF weist eine axiale Deckscheibenseite SWS und eine axi¬ ale Radscheibenseite HWS auf. Diese Nomenklatur lehnt sich an die Anordnung der Deckscheibe SWI und der Radscheibe HWI des Laufrades IMP an. Die axiale Deckscheibenseite SWS und die axiale Radscheibenseite HWS des Diffusors DFF begrenzen zwi¬ schen sich eine axiale Kanalbreite IAC des Diffusors DFF. Der Diffusor DFF weist einen Diffusoreintritt IND für eine im We¬ sentlichen radiale Zuströmung und einen Diffusoraustritt EXD auf.
In der Figur 1 ist der Diffusor in drei sich entlang der Hauptströmungsrichtung MFD erstreckende Abschnitte unterteilt, in ein erstes Diffusordrittel TS1, ein zweites
Diffusordrittel TS2 und ein drittes Diffusordrittel TS3. Zwi¬ schen der Radscheibenseite HWS und der Deckscheibenseite SWS erstrecken sich entlang einer Schaufelhöhenrichtung axial und entlang einer Durchströmungsrichtung radial erstreckende Leitschaufeln VNE . Die Leitschaufeln VNE grenzen einzelne Leitschaufelkanäle HCN in einer Umfangsrichtung CDR voneinander ab. In den Figuren 3, 4 und 5 ist jeweils ein Querschnitt der er¬ findungsgemäßen Anordnung ARG oder eines Ausschnitts davon wiedergegeben, so dass auch erkennbar ist, inwiefern die Leitschaufelkanäle HCN zueinander in einer Umfangsrich- tung CDR mittels der Leitschaufeln VNE abgegrenzt sind. Da die Leitschaufeln VNE naturgemäß nicht ein völlig gerades
Profil entlang der Hauptströmungsrichtung MFD aufweisen, ist auch die derartige Abgrenzung dementsprechend zu verstehen. Die einzelnen Leitschaufeln VNE lassen sich als ein Stapel von Schaufelprofilen PRL (beispielsweise Schaufelprofil
PRL, wie in Figur 5 dargestellt) entlang der Schaufelhöhe definieren. Die Schaufelhöhe verläuft, wie in den Figuren 1, 2 wiedergegeben, parallel zu der Achse X, also axial. Die Schaufelprofile PRL selbst sind zweidimensionale Geometrien, die die Schaufelaußenkontur in einer bestimmten Schaufel- höhenposition definieren. Die eigentliche dreidimensionale
Außenkontur der Schaufel auf der jeweiligen Saugseite SCS und Druckseite PRS ergibt sich als eine Flächeninterpolation zwischen den linienhaften Begrenzungskonturen der Schaufelprofile PRL, die jeweils eine linienhafte Vorgabe in der jeweili- gen Schaufelhöhenposition (hier auch Axialposition) angeben.
Figur 3 zeigt im Querschnitt schematisch ausschnittsweise die erfindungsgemäße Anordnung ARG mit einem Laufrad IMP und ei¬ nem sich stromabwärts anschließenden Diffusor DFF, der als Stator STA ausgebildet ist. Zwischen dem Laufrad IMP und dem Diffusor DFF befindet sich ein radiales Spiel RCL eines Radi¬ alspaltes. Das Laufrad IMP dreht sich in der Darstellung in einer Umfangsrichtung CDR. Die einzelnen Leitschaufeln VNE des Diffusors DFF sind lediglich als schematische Skelettli- nien BWL wiedergegeben. Eine Skelettlinie BWL beschreibt hierbei einen Profilschnitt bzw. ein Profil einer Schaufel in einer bestimmten Höhenposition dadurch, dass die Skelettlinie BWL, auch bisweilen Krümmungslinie genannt, ein von den Mit- telpunkten eingeschriebener bzw. die Saugseite und die Druckseite des Profils tangierender Kreise definierte Linie ist. Im Einzelnen zeigt die Figur 5 anhand zweier Kreise CLC exemplarisch, wie Druckseite PRF und Saugseite SCS einer Leitschaufel VNE mittels der eingeschriebenen Kreise CLC die Skelettlinie BWL definieren.
Hierbei zeigt die Figur 5 lediglich einen Axialschnitt durch den Diffusor DFF im Bereich einer Leitschaufel VNS, wobei die Abbildung sowohl für die Deckscheibenseite SWS, als auch für die Radscheibenseite HWS Gültigkeit aufweist.
Die Figur 4 zeigt ähnliche Zusammenhänge in Zusammenschau mit dem Laufrad IMP. Dort ist das Laufrad IMP in drei entlang der Hauptströmungsrichtung MFD aufeinanderfolgende Drittelab¬ schnitte aufgeteilt in etwa ausgehend von einer Laufschaufel- eintrittskante ILE bis zu einer Laufschaufelaustrittskan- te ITE. Hierbei sind Laufschaufeleintrittskante ILE und Lauf- schaufelaustrittskante ITE nicht zwingend identisch mit dem Eintritt INI des Laufrads bzw. Austritt XEI des Laufrads. Die Hauptströmungsrichtung MFD verläuft im Laufrad IMP auch axial - also in Figur 4 auch in die Zeichnungsebene hinein. Die In¬ formation über die Axialerstreckung geht in der axialen Projektion der Laufschaufein BLD der Figur 4 naturgemäß verlo- ren. Das Laufrad weist einen ersten Laufradabschnitt IS1, ei¬ nen zweiten Laufradabschnitt IS2 und einen dritten Laufradab¬ schnitt IS3 auf. Im Unterschied zu der Figur 5 zeigt die Fi¬ gur 4 in jeweils gestrichelter Wiedergabe die Deckscheibenseite SWS und die Radscheibenseite HWS sowohl für eine Lauf- schaufei BLD als auch für eine Leitschaufel VNE.
Insbesondere der Figur 5 ist entnehmbar, dass ein Eintritts¬ kantenwinkel LEA für jede axiale Schaufel definiert ist als Winkel zwischen einer Eintrittskantentangente TLV der jewei- ligen Leitschaufel VNE und einer Umfangstangente CTG durch die Eintrittskante DLE . Der Eintrittskantenwinkel LEA ist hierbei mathematisch positiv gemessen ausgehend von der Umfangstangente CTG auf die Eintrittskantentangente TLV. Die Umfangstangente CTG ist eine Tangente an der Umfangsrichtung in der jeweiligen angegebenen Position, hier an der Position der Eintrittskante DLE . Diese Umfangstangente CTG lässt sich auch definieren als senkrecht zu einem Radialstrahl RAD und dem Referenzpunkt, hier die Eintrittskante DLE beinhaltend.
In den Figuren 4 und 5 ist jeweils auch die Profilsehne VCH des Profils der Leitschaufel VNE in den jeweiligen Schnitt eingezeichnet, die sich von einer Eintrittskante DLE hin zu einer Austrittskante DTE als eine gerade Linie erstreckt. In ähnlicher Weise wie der Eintrittskantenwinkel LEA definiert sich ausgehend von der Profilsehne VCH auch der Anstellwinkel AOA als ein mathematisch positiv gemessener Winkel ausgehend von der Umfangstangente CTG auf die Profilsehne VCH.
Die Figur 4 zeigt diese Zusammenhänge für die Deckscheiben¬ seite SWS und die Radscheibenseite HWS des Diffusors DFF. Die Anordnung ARG sieht vor, dass der Eintrittskantenwinkel LEA deckscheibenseitig kleiner ist als radscheibenseitig bei dem Diffusor DFF. Bevorzugt beträgt die Differenz zwischen dem deckscheibenseitigen und dem radscheibenseitigen Eintrittskantenwinkel LEA mindestens 5 Grad.
Wie auch in Figur 2 dargestellt, beträgt der Quotient aus axialer Kanalbreite SAC des beschaufelten Diffusors DFF zum maximalen Laufradaustrittsdurchmesser mehr als 0,04. Ebenfalls der Figur 2 ist entnehmbar, dass der Quotient aus einer axialen Kanalbreite SAC des beschaufelten Diffusors DFF zur axialen Kanalbreite IAC des Laufrades IMP am maximalen Lauf- radaustrittsdurchmesser DIE kleiner als 0,95 ist. Besonders bevorzugt, wie auch in Figur 5 dargestellt, ist die Leit¬ schaufel VNE derart ausgebildet, dass ein Winkel, hier ge¬ nannt Profilkrümmungswinkel VBA, zwischen einer Tangente TLV an der Skelettlinie BWL im Eintrittskantenbereich zu einer Tangente TTV an der Skelettlinie BWL im Austrittskantenbe¬ reich TEA deckscheibenseitig kleiner ist als radscheibensei¬ tig. Der Krümmungswinkel VBA ist hierbei auch wieder mathema- tisch positiv gemessen ausgehend von der Tangente TLV an der Skelettlinie BWL im Eintrittskantenbereich.
Ebenfalls in Figur 5 dargestellt ist eine vorteilhafte Aus- bildung der Erfindung derart, dass ein Winkel zwischen der Tangente TLV an der Skelettlinie BWL im Eintrittskantenbe¬ reich zu der Profilsehne VCH deckscheibenseitig kleiner ist als radscheibenseitig, wobei der Winkel hier als Eintrittsan¬ stellwinkel VTC bezeichnet ist. Es ist zu beachten, dass die Figur 5 die Verhältnisse an der Radscheibenseite HWS bzw. Deckscheibenseite SWS grundsätzlich schematisch wiedergibt und dementsprechend beide Seiten repräsentiert.
Die Darstellung mit überlagerten Profilschnitten der Figur 4 wird bei Eintragung sämtlicher dieser geometrischen Zusammenhänge unübersichtlich.
Eine Eintrittskante DLE der Leitschaufeln VNE kann vorteil¬ haft, wie in Figur 4 dargestellt, radial ein Stück stromab- wärts gegenüber dem Diffusoreintritt DFF versetzt sein, wobei in Figur 4 dieser Radialversatz als CBS ausgewiesen ist.
Schematisch in der Figur 4 wiedergegeben ist der Zusammenhang, dass die Leitschaufeln VNE eine Neigung aufweisen, der- art, dass die Eintrittskante DLE deckscheibenseitig gegenüber der radscheibenseitigen Eintrittskante DLE entgegen der Rotationsrichtung RTD des Laufrades IMP um mindestens 10% der axialen Kanalbreite SAC des Diffusors DFF versetzt ist. In diesem Zusammenhang ist es auch zweckmäßig, wie in Figur 4 dargestellt, wenn die Leitschaufeln VNE derart ausgebildet sind, dass ein Versatz entgegen der Rotationsrichtung RTD des Laufrades IMP an der Austrittskante DTE von der Deckscheibenseite SWS gegenüber der Radscheibenseite HWS geringer ist als an der Eintrittskante DLE. Der axiale Verlauf der Leitschau- fein des Diffusors DFF von der Deckscheibenseite SWS bis zur Radscheibenseite HWS ist kontinuierlich gekrümmt ausgeführt. Figur 4 zeigt auch schematisch, dass zumindest im stromaufwärtigsten Drittel der Erstreckung der Leitschaufeln VNE entlang der Hauptströmungsrichtung MFD eine Axialprojektion einer deckscheibenseitigen Leitschaufelspur DDS und einer radscheibenseitigen Leitschaufelspur DRS zumindest einen Überstand von deckscheibenseitigen Leitschaufelspur DDS zur radscheibenseitigen Leitschaufelspur DRS von mindestens einem Flächenanteil > 5% bezüglich der deckscheibenseitigen Leitschaufelspurfläche aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (ARG), die von einem Prozessfluid (PFF) ent¬ lang einer Hauptströmungsrichtung (MFD) durchströmbar ist, umfassend ein um eine Achse (X) in einer Rotationsrichtung (RTD) rotierbares Laufrad (IMP) und einen stromabwärts des Laufrades (IMP) befindlichen, mit Leitschaufeln (VNE) beschaufelten stehenden Diffusor (DFF) ,
wobei das Laufrad (IMP) einen Eintritt (ILI) für eine im Wesentlichen axiale Zuströmung und einen Austritt (EXI) für eine im Wesentlichen radiale Abströmung aufweist,
wobei zwischen einer Radscheibe (HWI) und einer Deckschei¬ be (SWI) des Laufrads (IMP) sich radial und axial erstre¬ ckende Laufschaufeln (BLD) angeordnet sind, die Laufradka- näle (ICH) in einer Umfangsrichtung (CDR) voneinander abgrenzen,
wobei der Diffusor (DFF) sich entlang einer Hauptströmungsrichtung (MFD) im Wesentlichen radial erstreckt,
wobei der Diffusor (DFF) eine axiale Deckscheibensei- te (SWS) und eine axiale Radscheibenseite (HWS) aufweist, die zwischen sich eine axiale Kanalbreite (SAC) des Diffu- sors (DFF) begrenzen,
wobei der Diffusor (DFF) einen Diffusoreintritt (ILD) für eine im Wesentlichen radiale Zuströmung und einen
Diffusoraustritt (EXD) aufweist,
wobei zwischen der Radscheibenseite (HWS) und der Deck¬ scheibenseite (SWS) des Diffusors (DFF) sich entlang einer Schaufelhöhenrichtung axial und entlang einer Durchströmungsrichtung radial erstreckende Leitschaufeln (VNE) ange- ordnet sind, die Leitschaufelkanäle (HCN) in einer Umfangs- richtung (CDR) voneinander abgrenzen,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Winkel zwischen einer Tangente an einer Skelettli¬ nie (BWL) im Eintrittskantenbereich zu einer Tangente an der Skelettlinie (BWL) im Austrittskantenbereich (TEA) deckscheibenseitig kleiner ist als radscheibenseitig .
2. Anordnung (ARG) nach Anspruch 1,
wobei die Leitschaufeln (VNE) derart ausgebildet sind, dass ein Eintrittskantenwinkel (LEA) für jede axiale Schaufel¬ höhe definiert ist als Winkel zwischen einer Eintrittskan- tentangente (TLV) an einer Skelettlinie (BWL) an einer Ein¬ trittskante (DLE) der jeweiligen Leitschaufel (VNE) und ei¬ ner Umfangstangente (CTG) durch die Eintrittskante, wobei der Eintrittskantenwinkel (LEA) deckscheibenseitig kleiner ist als radscheibenseitig ..
3. Anordnung (ARG) nach Anspruch 2,
wobei der Betrag der Differenz zwischen deckscheibenseiti- gem und radscheibenseitigem Eintrittskantenwinkel (LEA) mindestens 5° beträgt.
4. Anordnung (ARG) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei der Anstellwinkel (AOA) der Leitschaufeln (VNE) deckscheibenseitig kleiner als radscheibenseitig ist.
5. Anordnung (ARG) nach Anspruch 4,
wobei der Betrag der Differenz zwischen deckscheibenseiti- gem und radscheibenseitigem Anstellwinkel (AOA) der Leitschaufeln (VNE) mindestens 5° beträgt.
6. Anordnung (ARG) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei der Quotient aus axialer Kanalbreite (SAC) des be¬ schaufelten Diffusors (DFF) zum maximalen Laufradaustrittsdurchmesser (DIE) größer als 0,04 ist.
7. Anordnung (ARG) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei der Quotient aus axialer Kanalbreite (SAC) des be¬ schaufelten Diffusors zur axialen Kanalbreite (IAC) des Laufrades (IMP) am maximalen Laufradaustrittsdurchmes¬ ser (DIE) kleiner als 0,95 ist.
8. Anordnung (ARG) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Leitschaufeln (VNE) derart ausgebildet sind, dass ein Winkel zwischen einer Tangente an der Skelettli¬ nie (BWL) im Eintrittskantenbereich zu der Profilseh- ne (VCH) deckscheibenseitig kleiner ist als radscheibensei- tig .
9. Anordnung (ARG) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitschaufeln (VNE) eine Neigung auf- weisen, derart, dass die Eintrittskante (DLE) deckscheiben¬ seitig gegenüber der radscheibenseitigen Eintrittskante (DLE) entgegen der Rotationsrichtung (RTD) des Laufrades (IMP) um mindestens 10% der axialen Kanalbreite (SAC) des Diffusors (DFF) versetzt ist.
10. Anordnung (ARG) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitschaufeln (VNE) derart ausgebildet sind, dass ein Versatz entgegen der Rotationsrichtung (RTD) des Laufrades (IMP) an der Austrittskante (DTE) von der Deckscheibenseite gegenüber der Radscheibenseite geringer ist als an der Eintrittskante (DLE) .
11. Anordnung (ARG) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der axiale Verlauf der Leitschaufeln (VNE) des Diffusors (DFF) von der Deckscheibenseite bis zur Rad¬ scheibenseite kontinuierlich gekrümmt ausgeführt ist.
12. Anordnung (ARG) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Laufrad (IMP) derart dreidimensional gestaltet ist, dass zumindest im stromabwärtigsten Drittel der Erstreckung der Laufschaufeln (BLD) entlang der Hauptströmungsrichtung (MFD) eine Axialprojektion einer deck- scheibenseitigen Laufschaufelspur (BDS) und einer radschei- benseitigen Laufschaufelspur (BRS) zumindest einen Überstand von deckscheibenseitigen Laufschaufelspur (BDS) zur radscheibenseitigen Laufschaufelspur (BRS) von mindestens einem Flächenanteil > 5% bezüglich der deckscheibenseitigen Laufschaufelspurflache aufweist.
13. Anordnung (ARG) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Diffusor (DFF) derart dreidimensional gestaltet ist, dass zumindest im stromaufwärtigsten Drittel der Erstreckung der Leitschaufeln (VNE) entlang der Hauptströmungsrichtung (MFD) eine Axialprojektion einer deckscheibenseitigen Leitschaufelspur (DDS) und einer radschei- benseitigen Leitschaufelspur (DRS) zumindest einen Überstand von deckscheibenseitigen Leitschaufelspur (DDS) zur radscheibenseitigen Leitschaufelspur (DRS) von mindestens einem Flächenanteil > 5% bezüglich der deckscheibenseitigen Leitschaufelspurfläche aufweist.
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