EP3768948A1 - Turbomaschine mit kippbarem gehäuseteil - Google Patents

Turbomaschine mit kippbarem gehäuseteil

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EP3768948A1
EP3768948A1 EP19712528.9A EP19712528A EP3768948A1 EP 3768948 A1 EP3768948 A1 EP 3768948A1 EP 19712528 A EP19712528 A EP 19712528A EP 3768948 A1 EP3768948 A1 EP 3768948A1
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EP
European Patent Office
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housing part
turbomachine according
tiltably mounted
impeller
turbomachine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19712528.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nadja Eisenmenger
Jochen Doehring
Guido Daimer
Juliane TRAUTMANN
Markus PECHINGER
Joerg Schoefer
Felix FOERSTER
Michael Mayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3768948A1 publication Critical patent/EP3768948A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • F01D3/04—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid axial thrust being compensated by thrust-balancing dummy piston or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
    • F01D5/043—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the axial inlet- radial outlet, or vice versa, type
    • F01D5/048—Form or construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
    • F01D5/043—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the axial inlet- radial outlet, or vice versa, type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a turbomachine having the features of the preamble of claim 1.
  • the turbomachine can be used, for example, in a waste heat recovery system for waste heat utilization of an internal combustion engine.
  • German Offenlegungsschrift DE 10 2014 226 951 A1 exemplifies a turbomachine for a waste heat recovery system
  • Internal combustion engine comprising a housing and an arranged on a drive shaft impeller.
  • the turbomachine has an inflow region and an outflow region and, during operation, flows through a working medium.
  • the working medium flows into the inflow region, along a front side formed on the impeller and then out of the
  • Outflow area wherein a pressure drop on the front between the inflow and outflow area consists.
  • a pressure divider is arranged on a front side opposite the rear side of the impeller.
  • the pressure divider leads to a jump in the pressure curve of the pressure acting on the rear side or lowers the pressure, which acts on at least a part of the rear side, with respect to the pressure level of the inflow region. In this way, acting on the impeller resulting hydraulic force can be adjusted.
  • the pressure divider can be designed as a throttle, steam-lubricated seal, labyrinth seal or media-tight seal.
  • the impeller interacts with the housing of the turbomachine in a gap-forming manner, in particular forming an axial gap. Due to manufacturing and / or assembly tolerances on the one hand can lead to a widening of the axial gap and a concomitant, the efficiency of the turbo engine reducing leakage. On the other hand, manufacturing and / or assembly tolerances can lead to a reduction of the axial gap or even contact of the impeller with the housing part, so that the thrust bearing is exposed to high wear.
  • the present invention has for its object to provide a turbomachine in which the aforementioned disadvantages do not occur or at least significantly reduced.
  • a turbomachine is to be created, which has a high efficiency and is less prone to wear.
  • turbomachine is specified with the features of claim 1.
  • Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • a turbomachine with a rotatably mounted about an axis of rotation impeller, the front side of an inflow and a
  • the housing part forms a thrust bearing for the impeller.
  • the housing part is tiltably mounted relative to a further housing part.
  • the tiltable mounting of the axial bearing forming housing part allows compensation of any manufacturing and / or assembly tolerances.
  • the axial gap between the impeller and the tiltably mounted housing part can at the same time form a pressure divider according to the cited prior art. In this way, the force acting on the impeller axial force can be reduced. Since the axial gap over the circumference of a
  • the axial gap can be minimized to reduce the leakage. This increases the efficiency of the turbomachine.
  • the tiltably mounted housing part and the further housing part act together forming a joint.
  • the tiltable mounting of the thrust bearing forming the first housing part is therefore effected via the further housing part.
  • the structure of the turbomachine can be kept simple in this way. In particular, can be dispensed with additional bearing components.
  • the joint preferably comprises at least one spherically and / or conically shaped articular surface, which is arranged centrally with respect to the axis of rotation of the impeller. This means that the axis of rotation is centered by the respective
  • a spherically shaped first articular surface is on one
  • the pin can be arranged on the tiltably mounted first housing part or on the other housing part.
  • the respective other housing part has in this case a spherical or conically shaped second joint surface which is formed in an end-side recess, so that in the recess of the pin can be accommodated.
  • a conically shaped second articular surface has the advantage that it has the spherically shaped first articular surface only in an annular
  • the tiltably mounted housing part is substantially disc-shaped and / or designed as a rotationally symmetrical body.
  • the disk shape reduces the mass of the tiltably mounted housing part and thus facilitates a tilting movement of the housing part. Furthermore, the risk of radial striking and thus blocking the
  • tiltable mounted housing part are neglected in relation to the other housing part.
  • Housing part is secured against rotation relative to the other housing part. This means that the tiltably mounted housing part and the further housing part directly or indirectly via at least one element for
  • the tiltably mounted housing part and the further housing part together define a radial gap.
  • Sealing geometry or the sealing element must be designed such that the tilting mobility of the first housing part relative to the other housing part is not affected. If an elastically deformable sealing element is used to seal the radial gap, a restoring force acting on the housing element which is mounted in a tiltably movable manner can be realized at the same time.
  • the sealing geometry or the sealing element is arranged on a diameter, which is significantly reduced compared to the outer diameter of the tiltably mounted housing part.
  • Diameter may be an outer diameter of the tiltable mounted housing part or an inner diameter of the other
  • Sealing element can be arranged both on the tiltably mounted housing part and on the other housing part. About the diameter of the
  • Sealing geometry or the sealing element can be set acting on the tiltably mounted housing part pressure conditions.
  • the force acting on the tiltably mounted housing part axial force can be opposed to a counter force which is smaller than the axial force. This ensures that the axial force holds the tiltably mounted housing part in contact with the other housing part. At the same time, the axial force can be reduced by the counterforce in order to reduce the load.
  • the tiltably mounted housing part is preferably penetrated by a centrally disposed fluid channel.
  • the axial gap which is formed between the tiltably mounted housing part and the impeller, with a fluid, for example, with a gas, are acted upon.
  • the thrust bearing can be executed in this case as externally pressurized gas bearing.
  • the fluid channel preferably extends into the further housing part in order to ensure the fluid supply to the fluid channel. This means that the fluid channel preferably extends over the joint to the tiltably movable mounting of the first housing part.
  • the tiltably mounted housing part has at least one leakage return channel, which connects the axial gap directly or indirectly via a circumferential groove widening the axial gap with a rear pressure chamber.
  • the leakage return channel may be designed as axially and / or obliquely extending through the housing part channel to establish a connection between the axial gap and the rear pressure chamber.
  • the leakage return channel in the region of the joint can open into a recess for receiving a pin.
  • the axial bearing be designed as a gas bearing, in particular as an externally pressurized gas bearing. In this embodiment, the advantages of the invention are particularly useful.
  • turbomachine Shown is a turbomachine with an about a rotational axis A rotatably mounted impeller 1.
  • the representation is the sake of simplicity on the
  • the impeller 1 has a front side and a rear side, wherein the
  • Front defines an inflow region 2 and an outflow region 3 for a process gas.
  • the back is flat and limited
  • the axial gap 5 is centrally passing through a housing part 4
  • Fluid channel 12 can be acted upon by a fluid, which may be in particular the process gas.
  • a fluid which may be in particular the process gas.
  • the fluid loading of the axial gap 5 leads to the formation of a gas bearing.
  • a leakage return channel 13 is further formed, which extends from a formed in the thrust bearing surface 16 annular groove 14 to a central recess 9 of the housing part 4.
  • Recess 9 is a connection of the leakage return passage 13 made with a rear pressure chamber 15, which serves as a leakage collecting space.
  • the housing part 4 is mounted tiltably.
  • the tiltable storage is over reaches a further housing part 6, which cooperates with the first housing part 4 forming a hinge 7.
  • the further housing part 6 has for this purpose a pin 8 which engages in the recess 9 of the tiltably mounted housing part 4 and at its free end has a spherical shaped joint surface 7.1.
  • a conically shaped joint surface 7.2 is formed, via which the first housing part 4 is supported on the pin 8.
  • the two joint surfaces 7.1, 7.2 together form an annular sealing contact, which separates the fluid channel 12 from the leakage return channel 13. This ensures that there is a supply pressure pi in the fluid channel which is greater than a return pressure p 2 prevailing in the pressure chamber 15 and the axial gap 5 is supplied with gas as loss-free as possible.
  • Sealing geometry 11 effects a seal in the region of a radial gap 10 formed between the two housing parts 4, 5.
  • the sealing geometry 11 is designed such that it permits a tilting movement of the housing part 4.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine mit einem um eine Drehachse (A) drehbar gelagerten Laufrad (1), das vorderseitig einen Einströmbereich (2) und einen Ausströmbereich (3) definiert und rückseitig mit einem Gehäuseteil (4) einen Axialspalt (5) ausbildend zusammenwirkt. Erfindungsgemäß bildet das Gehäuseteil (4) ein Axiallager für das Laufrad (1) aus. Zum Ausgleich einer Schrägstellung des Laufrads (1) ist das Gehäuseteil gegenüber einem weiteren Gehäuseteil (6) kippbeweglich gelagert.

Description

TURBOMASCHINE MIT KIPPBAREM GEHAUSETEIL
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbomaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Turbomaschine kann beispielsweise in einem Abwärmerückgewinnungssystem zur Abwärmenutzung einer Brennkraftmaschine verwendet werden.
Stand der Technik
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 226 951 Al geht beispielhaft eine Turbomaschine für ein Abwärmerückgewinnungssystem einer
Brennkraftmaschine hervor, die ein Gehäuse und ein auf einer Antriebswelle angeordnetes Laufrad umfasst. Die Turbomaschine weist einen Einströmbereich und einen Ausströmbereich auf und wird im Betrieb mit einem Arbeitsmedium durchströmt. Das Arbeitsmedium strömt in den Einströmbereich, entlang einer an dem Laufrad ausgebildeten Vorderseite und anschließend aus dem
Ausströmbereich, wobei ein Druckgefälle auf der Vorderseite zwischen dem Einströmbereich und dem Ausströmbereich besteht. Zugleich wirkt auf das Laufrad eine Axialkraft, die zu einer hohen Beanspruchung eines Axiallagers führt. Zur Reduzierung der Axialkraft wird daher vorgeschlagen, dass an einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite des Laufrads ein Druckteiler angeordnet ist. Der Druckteiler führt zu einem Sprung im Druckverlauf des auf die Rückseite wirkenden Druckes bzw. senkt den Druck, der zumindest auf einen Teil der Rückseite wirkt, gegenüber dem Druckniveau des Einströmbereichs. Auf diese Weise kann eine auf das Laufrad wirkende resultierende hydraulische Kraft eingestellt werden. Der Druckteiler kann dabei als Drossel, dampfgeschmierte Dichtung, Labyrinthdichtung oder als mediendichte Dichtung ausgeführt sein. Bei einem als Drossel ausgeführten Druckteiler wirkt das Laufrad mit dem Gehäuse der Turbomaschine spaltbildend, insbesondere einen Axialspalt ausbildend, zusammen. Aufgrund von Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen kann es einerseits zu einer Aufweitung des Axialspalts und einer damit einhergehenden, den Wirkungsgrad der Turbomaschine verringernden Leckage kommen. Andererseits können Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen zu einer Verringerung des Axialspalts oder sogar zu einem Kontakt des Laufrads mit dem Gehäuseteil führen, so dass das Axiallager einem hohen Verschleiß ausgesetzt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbomaschine anzugeben, bei welcher die vorstehend genannten Nachteile nicht auftreten oder zumindest deutlich vermindert sind. Insbesondere soll eine Turbomaschine geschaffen werden, die einen hohen Wirkungsgrad besitzt und weniger verschleißbehaftet ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Turbomaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Offenbarung der Erfindung
Vorgeschlagen wird eine Turbomaschine mit einem um eine Drehachse drehbar gelagerten Laufrad, das vorderseitig einen Einströmbereich und einen
Ausströmbereich definiert und rückseitig mit einem Gehäuseteil einen Axialspalt ausbildend zusammenwirkt. Erfindungsgemäß bildet das Gehäuseteil ein Axiallager für das Laufrad aus. Zum Ausgleich einer Schrägstellung des Laufrads ist das Gehäuseteil gegenüber einem weiteren Gehäuseteil kippbeweglich gelagert.
Die kippbewegliche Lagerung des das Axiallager ausbildenden Gehäuseteils ermöglicht einen Ausgleich etwaiger Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen.
Im Bereich des Axiallagers bildet sich somit ein gleichbleibender Axialspalt aus, der zu einer gleichmäßigen Belastung des Axiallagers führt. Damit steigt die Belastbarkeit bzw. die Tragfähigkeit des Axiallagers. Zugleich sinkt der Verschleiß, da der gleichbleibende Axialspalt einen Kontakt des Laufrads mit dem Gehäuseteil verhindert.
Der Axialspalt zwischen dem Laufrad und dem kippbeweglich gelagerten Gehäuseteil kann zugleich einen Druckteiler gemäß dem eingangs zitierten Stand der Technik ausbilden. Auf diese Weise kann die auf das Laufrad wirkende Axialkraft gemindert werden. Da der Axialspalt über den Umfang eine
gleichbleibende Breite besitzt, kann der Axialspalt zur Verringerung der Leckage minimiert werden. Dadurch steigt der Wirkungsgrad der Turbomaschine.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wirken das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil und das weitere Gehäuseteil ein Gelenk ausbildend zusammen. Die kippbewegliche Lagerung des das Axiallager ausbildenden ersten Gehäuseteils wird demnach über das weitere Gehäuseteil bewirkt. Der Aufbau der Turbomaschine kann auf diese Weise einfach gehalten werden. Insbesondere kann auf zusätzliche Lagerbauteile verzichtet werden.
Das Gelenk umfasst vorzugsweise mindestens eine sphärisch und/oder konisch geformte Gelenkfläche, die mittig in Bezug auf die Drehachse des Laufrads angeordnet ist. Das heißt, dass die Drehachse mittig durch die jeweilige
Gelenkfläche verläuft. Über das Gelenk kann somit eine beliebige Schräglage des Laufrads ausgeglichen werden.
Bevorzugt ist eine sphärisch geformte erste Gelenkfläche an einem
vorstehenden Zapfen ausgebildet. Der Zapfen kann dabei am kippbeweglich gelagerten ersten Gehäuseteil oder am weiteren Gehäuseteil angeordnet sein. Das jeweils andere Gehäuseteil weist in diesem Fall eine sphärisch oder konisch geformte zweite Gelenkfläche auf, die in einer stirnseitigen Ausnehmung ausgebildet ist, so dass in der Ausnehmung der Zapfen aufnehmbar ist. Eine konisch geformte zweite Gelenkfläche weist den Vorteil auf, dass diese die sphärisch geformte erste Gelenkfläche lediglich in einem ringförmigen
Kontaktbereich berührt. Über die auf das kippbeweglich gelagerte erste
Gehäuseteil wirkende Axialkraft kann somit zugleich eine Dichtkraft erzielt werden. Dies kann sich beispielsweise dann als vorteilhaft erweisen, wenn mittig durch das Gelenk ein Fluidkanal führt, den es nach außen abzudichten gilt. Bevorzugt ist das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil im Wesentlichen scheibenförmig und/oder als rotationssymmetrischer Körper ausgeführt. Die Scheibenform reduziert die Masse des kippbeweglich gelagerten Gehäuseteils und erleichtert damit eine Kippbewegung des Gehäuseteils. Ferner wird die Gefahr eines radialen Anschlagens und damit eines Blockierens des
Gehäuseteils im Falle einer Kippbewegung verringert. Die Ausbildung als rotationssymmetrischer Körper stellt eine gleichmäßige Lastverteilung sicher. Ferner kann bei der Montage der Turbomaschine die Winkellage des
kippbeweglich gelagerten Gehäuseteils in Bezug auf das weitere Gehäuseteil vernachlässigt werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das kippbeweglich gelagerte
Gehäuseteil gegenüber dem weiteren Gehäuseteil gegen Verdrehen gesichert ist. Das heißt, dass das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil und das weitere Gehäuseteil unmittelbar oder mittelbar über mindestens ein Element zur
Herstellung einer Verdrehsicherung drehfest verbunden ist. Denn eine
Verdrehung der beiden Gehäuseteile relativ zueinander würde zu einem erhöhten Verschleiß im Kontaktbereich führen, so dass die Vorteile der Erfindung zunichte gemacht werden würden.
Vorzugsweise begrenzen das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil und das weitere Gehäuseteil gemeinsam einen Radialspalt. Dabei weist mindestens ein Gehäuseteil eine umlaufende Dichtgeometrie und/oder ein umlaufendes elastisch verformbares Dichtelement zur Abdichtung des Radialspalts auf. Die
Dichtgeometrie bzw. das Dichtelement müssen derart gestaltet sein, dass die Kippbeweglichkeit des ersten Gehäuseteils gegenüber dem weiteren Gehäuseteil nicht beeinträchtigt wird. Wird ein elastisch verformbares Dichtelement zur Abdichtung des Radialspalts eingesetzt, kann hierüber zugleich eine auf das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil wirkende Rückstellkraft realisiert werden.
Vorteilhafterweise ist die Dichtgeometrie bzw. das Dichtelement auf einem Durchmesser angeordnet, der gegenüber dem Außendurchmesser des kippbeweglich gelagerten Gehäuseteils deutlich reduziert ist. Bei dem
Durchmesser kann es sich um einen Außendurchmesser des kippbeweglich gelagerten Gehäuseteils oder um einen Innendurchmesser des weiteren
Gehäuseteils handeln. Das heißt, dass die Dichtgeometrie bzw. das
Dichtelement sowohl am kippbeweglich gelagerten Gehäuseteil als auch am weiteren Gehäuseteil angeordnet sein kann. Über den Durchmesser der
Dichtgeometrie bzw. des Dichtelements können die auf das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil wirkenden Druckverhältnisse eingestellt werden.
Insbesondere kann der auf das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil wirkenden Axialkraft eine Gegenkraft entgegengesetzt werden, die kleiner als die Axialkraft ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die Axialkraft das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil in Anlage mit dem weiteren Gehäuseteil hält. Zugleich kann über die Gegenkraft die Axialkraft gemindert werden, um die Belastung zu reduzieren.
Das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil ist vorzugsweise von einem zentral angeordneten Fluidkanal durchsetzt. Über den Fluidkanal kann der Axialspalt, der zwischen dem kippbeweglich gelagerten Gehäuseteil und dem Laufrad ausgebildet wird, mit einem Fluid, beispielsweise mit einem Gas, beaufschlagt werden. Das Axiallager kann in diesem Fall als extern druckbeaufschlagtes Gaslager ausgeführt werden. Der Fluidkanal erstreckt sich vorzugsweise bis in das weitere Gehäuseteil hinein, um die Fluidversorgung des Fluidkanals zu gewährleisten. Das heißt, dass sich der Fluidkanal vorzugsweise über das Gelenk zur kippbeweglichen Lagerung des ersten Gehäuseteils hinweg erstreckt. In dieser Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn die beiden Gehäuseteile dichtend Zusammenwirken, beispielsweise über einen ringförmigen Dichtkontakt, wie zuvor bereits erwähnt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil mindestens einen Leckage- Rückführkanal aufweist, der den Axialspalt unmittelbar oder mittelbar über eine den Axialspalt erweiternde umlaufende Nut mit einem rückwärtigen Druckraum verbindet. Der Leckage- Rückführkanal kann als axial und/oder schräg durch das Gehäuseteil verlaufender Kanal ausgeführt sein, um eine Verbindung zwischen dem Axialspalt und dem rückwärtigen Druckraum herzustellen. Ferner kann der Leckage-Rückführkanal im Bereich des Gelenks in eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Zapfens münden. Über einen ringförmigen Dichtkontakt beider Gehäuseteile kann eine Trennung des Leckage- Rückführkanals vom zentral angeordneten Fluidkanal bewirkt werden. In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Axiallager als Gaslager, insbesondere als ein extern druckbeaufschlagtes Gaslager, ausgeführt ist. In dieser Ausgestaltung kommen die Vorteile der Erfindung besonders gut zum Tragen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Turbomaschine.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Dargestellt ist eine Turbomaschine mit einem um eine Drehachse A drehbar gelagerten Laufrad 1. Die Darstellung ist der Einfachheit halber auf den
Längsschnitt oberhalb der Drehachse begrenzt. Zur Vervollständigung der Zeichnung kann diese um die Drehachse gespiegelt werden.
Das Laufrad 1 weist eine Vorderseite und eine Rückseite auf, wobei die
Vorderseite einen Einströmbereich 2 und einen Ausströmbereich 3 für ein Prozessgas definiert. Die Rückseite ist eben ausgeführt und begrenzt
gemeinsam mit einer Axiallagerfläche 16 eines Gehäuseteils 4 einen Axialspalt 5. Der Axialspalt 5 ist über einen das Gehäuseteil 4 mittig durchsetzenden
Fluidkanal 12 mit einem Fluid beaufschlagbar, wobei es sich insbesondere um das Prozessgas handeln kann. Die Fluidbeaufschlagung des Axialspalts 5 führt zur Ausbildung eines Gaslagers.
Im Gehäuseteil 4 ist ferner ein Leckage- Rückführkanal 13 ausgebildet, der sich von einer in der Axiallagerfläche 16 ausgebildeten ringförmigen Nut 14 bis zu einer zentralen Ausnehmung 9 des Gehäuseteils 4 erstreckt. Über die
Ausnehmung 9 ist eine Verbindung des Leckage- Rückführungskanals 13 mit einem rückwärtigen Druckraum 15 hergestellt, der als Leckagesammelraum dient.
Um eine etwaige Schrägstellung des Laufrads 1 ausgleichen zu können, ist das Gehäuseteil 4 kippbeweglich gelagert. Die kippbewegliche Lagerung wird über ein weiteres Gehäuseteil 6 erreicht, das mit dem ersten Gehäuseteil 4 ein Gelenk 7 ausbildend zusammenwirkt. Das weitere Gehäuseteil 6 weist hierzu einen Zapfen 8 auf, der in die Ausnehmung 9 des kippbeweglich gelagerten Gehäuseteils 4 eingreift und an seinem freien Ende eine sphärisch geformte Gelenkfläche 7.1 aufweist. In der Ausnehmung 9 des ersten Gehäuseteils 4 ist eine konisch geformte Gelenkfläche 7.2 ausgebildet, über welche das erste Gehäuseteil 4 an dem Zapfen 8 abgestützt ist. Die beiden Gelenkflächen 7.1, 7.2 bilden gemeinsam einen ringförmigen Dichtkontakt aus, der den Fluidkanal 12 vom Leckage- Rückführkanal 13 trennt. Dadurch ist sichergestellt, dass im Fluidkanal ein Versorgungsdruck pi herrscht, der größer als ein im Druckraum 15 herrschender Rücklaufdruck p2 ist und der Axialspalt 5 möglichst verlustfrei mit Gas versorgt wird.
Zur Einstellung der auf das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil 4 wirkenden Druckverhältnisse ist ferner eine Nebenabdichtung in Form einer am weiteren
Gehäuseteil 6 ausgebildeten Dichtgeometrie 11 vorgesehen. Die
Dichtgeometrie 11 bewirkt eine Abdichtung im Bereich eines zwischen den beiden Gehäuseteilen 4, 5 ausgebildeten Radialspalts 10. Die Dichtgeometrie 11 ist derart gestaltet, dass sie eine Kippbewegung des Gehäuseteils 4 zulässt.

Claims

Ansprüche
1. Turbomaschine mit einem um eine Drehachse (A) drehbar gelagerten Laufrad (1), das vorderseitig einen Einströmbereich (2) und einen
Ausströmbereich (3) definiert und rückseitig mit einem Gehäuseteil (4) einen Axialspalt (5) ausbildend zusammenwirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (4) ein Axiallager für das Laufrad (1) ausbildet und zum Ausgleich einer Schrägstellung des Laufrads (1) gegenüber einem weiteren Gehäuseteil (6) kippbeweglich gelagert ist.
2. Turbomaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil (4) und das weitere Gehäuseteil (6) ein Gelenk (7) ausbildend Zusammenwirken.
3. Turbomaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (7) mindestens eine sphärisch und/oder konisch geformte Gelenkfläche (7.1, 7.2) umfasst, die mittig in Bezug auf die Drehachse (A) angeordnet ist.
4. Turbomaschine nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass eine sphärisch geformte erste
Gelenkfläche (7.1) an einem vorstehenden Zapfen (8) und eine sphärisch oder konisch geformte zweite Gelenkfläche (7.2) in einer stirnseitigen Ausnehmung (9) jeweils eines der beiden Gehäuseteile (4, 6) ausgebildet ist.
5. Turbomaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil (4) im Wesentlichen scheibenförmig und/oder als rotationssymmetrischer Körper ausgeführt ist.
6. Turbomaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil (4) gegenüber dem weiteren Gehäuseteil (6) gegen Verdrehen gesichert ist.
7. Turbomaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil (4) und das weitere Gehäuseteil (6) gemeinsam einen Radialspalt (10) begrenzen, wobei mindestens ein Gehäuseteil (4, 6) eine umlaufende Dichtgeometrie (11) und/oder ein umlaufendes elastisch verformbares Dichtelement zur Abdichtung des Radialspalts (10) aufweist.
8. Turbomaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil (4) von einem zentral angeordneten Fluidkanal (12) durchsetzt ist.
9. Turbomaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das kippbeweglich gelagerte Gehäuseteil (4) mindestens einen Leckage- Rückführkanal (13) aufweist, der den Axialspalt (5) unmittelbar oder mittelbar über eine den Axialspalt (5) erweiternde umlaufende
Nut (14) mit einem rückwärtigen Druckraum (15) verbindet.
10. Turbomaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager als Gaslager ausgeführt ist.
EP19712528.9A 2018-03-21 2019-03-13 Turbomaschine mit kippbarem gehäuseteil Withdrawn EP3768948A1 (de)

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DE102018204289.6A DE102018204289A1 (de) 2018-03-21 2018-03-21 Turbomaschine
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