WO2009100741A1 - Eintrittsstutzen für einen axialverdichter - Google Patents

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WO2009100741A1
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inlet
bearing
housing
inlet nozzle
fluid
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PCT/EP2008/009254
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C. Lange
Henning Ressing
Fikri Aynacioglu
Dirk Anding
Karl-Heinz Dreyer
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Man Turbo Ag
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    • F04D29/668—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps damping or preventing mechanical vibrations

Definitions

  • the invention relates to an inlet connection for an axial compressor, in particular a turbocompressor, with an inlet housing, in which a bearing housing with a fluid axially in the flow direction of the first bearing for a rotor of the axial compressor is arranged, wherein the bearing housing with the inlet housing is connected via an inlet strut, which is connected in a front cross-section with the inlet housing.
  • Such intake struts are purely radial in conventional axial compressors, ie. parallel to a normal plane to the longitudinal axis of the inlet nozzle, so that the bearing center of the first or front bearing is arranged axially in the flow direction of a fluid to be compressed substantially at the level of the center of area of this end cross-section, in other words the bearing axially centrally in the inlet strut under the transition is arranged in the inlet housing.
  • a piercing point of a bearing axis by a symmetry plane of a symmetrical bearing, a center of gravity of the bearing, the geometric center between the axial end faces of the bearing or a pressure point of the bearing are referred to as the bearing center point.
  • the inlet struts in particular for reasons of strength and production, are often axially connected relatively far forward to the inlet cross-section of the inlet connection with the inlet housing in order to be able to support against corresponding reinforcements of the inlet housing or to avoid greatly varying wall thicknesses during prototyping, this is also the first or front bearing arranged correspondingly far forward, so that there is a relatively large bearing distance to a second, rear bearing of the rotor of the axial compressor, which is arranged in the flow direction behind the first bearing.
  • one or more fluid passages may be formed.
  • Such fluid passages can serve, for example, the lubrication of the bearing and this on the one hand in or close to the bearing in the bearing housing open and on the other hand with a Schmierffenver- or disposal, for example via grease nipple, lines, passages in adjacent housing parts o- the like, be connected outside of the inlet housing.
  • a Schmierstoffver- or disposal for example via grease nipple, lines, passages in adjacent housing parts o- the like, be connected outside of the inlet housing.
  • a bearing supplied by the radial fluid passage has to be arranged axially at the level of the outlet opening of the fluid passage from the inlet housing, which also disadvantageously increases the bearing center distance of the rotor.
  • Object of the present invention is therefore to provide an improved inlet nozzle available.
  • an inlet nozzle according to the preamble of claim 1 is further developed by at least one of its characterizing features.
  • Claim 14 provides an axial compressor with such an inlet connection under protection, the dependent claims relate to advantageous developments.
  • An inlet connection according to the invention is provided for an axial compressor, in particular a turbocompressor, and may preferably be detachably or fixedly connected or integrally formed therewith. It has an inlet housing, the interior of which preferably tapers in the flow direction of a fluid to be compressed.
  • a bearing housing is arranged, which receives a front or first bearing for a rotor of the axial compressor. This may in particular be a radial bearing, a thrust bearing or a radial-axial bearing.
  • This bearing is axially in the flow direction of a fluid to be compressed, a first, ie front bearing, wherein the rotor may be supported in other camps, which have a greater axial distance to an inlet cross-section of the inlet nozzle.
  • the bearing housing is supported in the inlet housing via one or more inlet struts. Several inlet struts can be distributed equidistantly over the circumference of the bearing housing or have different angular distances from each other.
  • inlet struts While equidistantly distributed inlet struts the flow in the bearing housing homogeneous and thus little disturbing, inlet struts with different angular distances to each other can be adapted to structural constraints of the housing, especially external leads, ribs, different wall thicknesses or the like.
  • One or more inlet struts are each connected to the inlet housing in one end section of the corresponding inlet strut.
  • one or more, preferably all inlet struts may be integrally connected to the inlet and / or bearing housing, for example by primary molding.
  • one or more inlet struts can also be connected to the entry and / or bearing housing after the prototyping, for example welded or screwed.
  • the bearing center of the first bearing in the flow direction of a fluid to be compressed is now axially at least 0.1 times, preferably at least 0.15 times, more preferably at least 0.2 times and in particular arranged at least 0.25 times the chord length of the end cross-section behind the center of area of the end cross-section.
  • the chord length is the maximum extent of the end cross-section in the axial direction, ie. in the flow direction of a fluid to be compressed, which corresponds to its diameter, for example, in the case of a circular end cross-section, and in the case of an elliptical front cross-section to its large radius.
  • the first bearing behind the center of area of an end cross-section. This advantageously reduces the bearing distance to the center of mass of the rotor and, if present, to a second, rear bearing of the rotor of the axial compressor, which is arranged behind the first bearing in the direction of flow.
  • the first bearing may be behind the first two-thirds of the chord length, ie at least 0.17-fold, preferably behind the first three The length of the chord, ie at least 0.25 times behind the center of the face of the end cross-section.
  • the bearing center point of the first bearing is axially at least 0.1 times, 0.15 times, 0.2 times or 0 , 25 times the chord length of the end cross section behind the center of area of the end cross-section of at least one inlet strut arranged.
  • inlet struts it is also possible for inlet struts to be present, with respect to whose end cross-section the first bearing is arranged axially in front of or in the center of the surface.
  • the bearing center of the first bearing is arranged axially at least 0.1 times, 0.15 times, 0.2 times or 0.25 times the chord length of the end cross section behind the surface centers of the end cross sections of all inlet struts ,
  • the bearing center no longer has to lie within the chord length of the end section (s) projected onto the longitudinal axis of the entry socket, but can also be arranged axially behind the end section (s). Equally, however, it can also be located within the chord length of the end cross-section or sections projected onto the longitudinal axis of the entry stub, in particular at most 0.75 times, in particular at most 0.5 times the chord length of the end cross-section, behind the center of area of the end cross section be.
  • a fluid passage is formed in at least one inlet struts. This can be provided in particular for supplying and / or removing lubricant to the bearing for the impeller.
  • a fluid passage can likewise serve for supplying and / or removing cooling fluid, in particular cooling air, and / or a blocking fluid, in particular blocking air, in order to cool the axial compressor or to avoid a lubricant outlet into the axial compressor.
  • Other fluids such as a hydraulic fluid, in particular a controlled bearing, can flow through the fluid passage.
  • a fluid passage in a preferred embodiment in or in the vicinity of the bearing can open into the bearing housing.
  • the fluid passage is also designed, for example, to guide cables, lines or the like, for example electrical and / or optical lines for sensors in the bearing housing.
  • such a fluid passage at least in sections forms an acute angle with a normal plane to the longitudinal axis of the inlet nozzle, i. extends obliquely to the axial direction of the inlet nozzle, in particular from radially outward to radially inward in the flow direction of the fluid to be compressed.
  • the first and second embodiments may advantageously be combined with each other. If the first bearing according to the first embodiment is offset axially rearward relative to the end cross-section of an inlet strut, it can be operated particularly well by obliquely extending fluid passages in this inlet strut. However, in the first embodiment, if the cross section of an inlet strut permits it, fluid passages may also be purely radial or, conversely, oblique fluid passages may be provided in purely radially aligned inlet struts in which the bearing center lies axially below the area center of the end cross section. In this respect, the following explanations apply equally to the first and / or second embodiment of the present invention.
  • fluid passages can be formed in one or more inlet struts, wherein at least one, preferably several, particularly preferably all fluid passages form an acute angle with a normal plane to the longitudinal axis of the inlet nozzle.
  • Such fluid passages may preferably run substantially parallel to one another, which is the production simplified. Likewise, however, they may also include different angles with the normal plane so as to define in particular optimal paths between exit positions on the inlet housing and on the bearing housing. In this way, for example, fluid passages opening into the bearing housing close to one another can be connected to supply lines at the inlet housing which are axially remote from one another, and vice versa.
  • fluid passages in two inlet struts may be formed so as to optimally distribute, for example, supply and discharge lines. Also fluid passages in the same or different inlet struts need not have the same diameter, but may, for example, be adapted to the nature and quantity of the added or discharged medium.
  • One or more fluid passages may be substantially rectilinear so as to form the same acute angle everywhere with a normal plane to the longitudinal axis of the inlet nozzle. Such fluid passages are particularly easy to produce by drilling and to consider in the design.
  • the angle formed by such a substantially rectilinear fluid passage with a normal plane to the longitudinal axis of the inlet nozzle can preferably be in the range between 10 ° and 40 °, in particular in the range between 20 ° and 30 °. This represents a good compromise from shortening the bearing center distance and increasing the manufacturing effort.
  • One or more fluid passages may also have a kinked profile, so that at least a portion of this fluid passage forms an acute angle with a normal plane to the longitudinal axis of the inlet nozzle.
  • other sections of such fluid passages for example, can extend substantially in the radial direction of the inlet housing. In this way, the advantages of purely radial and inclined fluid passages can be interconnected.
  • the angle which forms such an oblique section of a fluid passage with a bent course with a normal plane to the longitudinal axis of the inlet nozzle is preferably in the range between 60 ° and 80 °, in particular in the range between 65 ° and 75 °. Since here only a shorter distance in the radial direction to compensate for the axial offset between inlet and outlet of the fluid passage available stands, such oblique sections preferably have larger angles to the normal plane than kinkless fluid passages.
  • two or more fluid passages open into a common portion that communicates with the interior of the bearing housing.
  • this section may extend obliquely, while the fluid passages opening into it preferably extend essentially in the radial direction of the inlet housing.
  • a radial axis through the center of gravity or gravity of at least one inlet strut can also - at least in sections - form an acute angle with a normal plane to the longitudinal axis of the inlet nozzle
  • Such a swept inlet strut is particularly suitable for receiving in particular straight-line fluid passages.
  • an inlet strut can also extend substantially in the radial direction of the inlet housing and widen towards the bearing housing, so that the center of area or center of gravity displaced towards the bearing housing in the flow direction of a fluid to be compressed to the rear.
  • Figure 1 shows an inlet nozzle according to an embodiment of the present invention in half section.
  • Fig. 2 shows the inlet nozzle of FIG. 1 in perspective quarter section.
  • FIG. 2 shows the lower cut-out lower, seen in the flow direction of a fluid to be compressed, of an inlet connection piece according to an embodiment. tion of the present invention in a perspective view, Fig. 1 is a horizontal section in Fig. 2nd
  • the inlet nozzle has an inlet housing 1 for collecting and supplying a medium to a turbo-compressor (not shown).
  • a bearing housing 2 is arranged which has a substantially cylindrical shape, with the medium to be compressed in the flow direction (from the left to the right in the figures), front hemispherical front side has.
  • a radial bearing 3 for a rotor with impeller of the turbocompressor (not shown) is formed, the bearing center point 3a is located axially in the center of the bearing ring shown.
  • the bearing housing 2 is connected to the inlet housing 1 via three, four or more inlet struts, wherein in Fig. 2, a lower (cut) and a left (partially hidden) inlet strut 4 can be seen, in Fig. 1, the left inlet strut 4.
  • two or more blind struts are additionally arranged in the upper half of the inlet housing, which are not connected to the bearing housing.
  • the illustrated in Fig. 1 left inlet strut 4 is integrally connected to the inlet housing 1 and is in its the inlet housing 1 facing end cross-section in this over.
  • the center of area 10 of this end cross-section is shown in Fig. 1 and is located axially in front of the bearing center 3a, which is offset from the center of area 10 by 0.375 times in the flow direction of a fluid to be compressed axially to the rear (to the right in Fig. 1).
  • three fluid passages 5 are formed, of which one in Fig. 1 left, front fluid passage 5.1 (dash-dotted lines in Fig.
  • a middle fluid passage 5.2 (shown in FIG. 1) serves the supply of lubricant to the bearing 3 and opens into the bearing 3 in the bearing housing 2, and a right in Fig. 1, rear fluid passage 5.3 (dash-dotted lines in FIG 1) the supply of sealing air into the bearing housing 2 and in the vicinity of the bearing 3 after this opens into the bearing housing 2.
  • These fluid passages 5 are formed as through-holes and therefore extend substantially straight. They include an acute angle of about 23 ° with a normal plane to the longitudinal axis of the inlet nozzle (vertical plane perpendicular to the plane of FIG. 1) or the complementary angle of about 67 ° with the longitudinal axis.
  • two fluid passages 6 are formed, which serve for the removal of lubricant from the interior of the bearing housing 2.
  • These fluid passages 6 form sections an acute angle with a normal plane to the longitudinal axis of the inlet nozzle. For this purpose, they have a kinked course, wherein in each case a substantially extending in the radial direction portion 61 and 6.2 merges into a two fluid passages 6 common portion 8, which forms an acute angle of about 72 ° with a normal plane to the longitudinal axis of the inlet nozzle ,
  • This common inclined section 8 extends in the longitudinal direction of the inlet housing 1 (from left to right in FIG. 1) and terminates in a circular segment-shaped annular groove 7, which is formed at right angles to the section 8 and extends over a range of 70 ° in FIG the lower half of the bearing housing 2 extends.
  • a circular segment-shaped annular groove 7 which is formed at right angles to the section 8 and extends over a range of 70 ° in FIG the lower half of the bearing housing 2 extends.
  • common open portion 8 which extends from the annular groove 7 below the radial bearing 3 forward through to the extending in the radial direction sections 6.1, 6.2, communicate the two fluid passages with the interior of the bearing housing. 2
  • the bearing center of the bearing 3 as seen in Fig. 2, axially offset to the rear and is in the last third of its projected to the longitudinal axis 9 chord length.
  • the inlet struts 4 extend essentially in the radial direction (from top to bottom in FIG. 1).
  • the inlet struts 4 In order to have sufficient material for the oblique fluid passages 5 and the oblique, common section 8 and to support the bearing center well on both sides, the inlet struts 4 at their in the flow direction of the fluid to be compressed (right in Fig. 1, 2 ) rear trailing edge a substantially dreickförmigen approach 4.1.
  • a radial axis through the surface centers of the inlet struts 4 therefore has in this section with the paragraph 4.1 at an acute angle with a normal plane to the longitudinal axis of the inlet nozzle.
  • Fluid passage for air, lubricant or cable

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Abstract

Ein Eintrittsstutzen für einen Axialverdichter, insbesondere einen Turbokompressor, umfasst ein Eintrittsgehäuse (1), in dem ein Lagergehäuse (2) mit einem Lager (3), insbesondere einem Radial-und/oder Axiallager, für einen Rotor angeordnet ist, wobei das Lagergehäuse (2) mit dem Eintrittsgehäuse (1) über eine Einlaufstrebe (4) verbunden ist, die in einem Stirnquerschnitt mit dem Eintrittsgehäuse verbunden ist. Der Lagermittelpunkt des Lagers (3) ist in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluids axial wenigstens um das 0,1-fache, insbesondere wenigstens um das 0,15-fache, insbesondere wenigstens um das 0,2-fache, insbesondere wenigstens um das 0,25-fache der Sehnenlänge des Stirnquerschnittes hinter dem Flächenmittelpunkt des Stirnquerschnittes angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist in der Einlaufstrebe (4) eine Fluidpassage (5, 6) ausgebildet, wobei diese Fluidpassage (5, 6) wenigstens abschnittsweise einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet.

Description

Eintrittsstutzen für einen Axialverdichter Die Erfindung betrifft einen Eintrittsstutzen für einen Axialverdichter, insbesondere einen Turbokompressor, mit einem Eintrittsgehäuse, in dem ein Lagergehäuse mit einem in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluids axial ersten Lager für einen Rotor des Axialverdichters angeordnet ist, wobei das Lagergehäuse mit dem Eintrittsgehäuse über eine Einlaufstrebe verbunden ist, die in einem Stirnquer- schnitt mit dem Eintrittsgehäuse verbunden ist.
Solche Einlaufstreben verlaufen bei herkömmlichen Axialverdichtern rein radial, i.e. parallel zu einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens, so dass der Lagermittelpunkt des ersten bzw. vorderen Lagers in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluids axial im Wesentlichen auf Höhe des Flächenmittelpunktes dieses Stirnquerschnittes angeordnet ist, mit anderen Worten das Lager axial mittig in der Einlaufstrebe unter dessen Übergang in das Eintrittsgehäuse angeordnet ist.
Als Lagermittepunkt wird vorliegend insbesondere ein Durchstoßpunkt einer Lagerachse durch eine Symmetriebene eines symmetrischen Lagers, ein Massen- mittelpunkt des Lagers, der geometrische Mittelpunkt zwischen den axialen Stirnseiten des Lagers oder ein Druckpunkt des Lagers bezeichnet.
Da die Einlaufstreben insbesondere aus Festigkeits- und Fertigungsgründen häufig axial relativ weit vorne zum Eintrittsquerschnitt des Eintrittsstutzens hin mit dem Eintrittsgehäuse verbunden sind, um sich beispielsweise gegen entsprechende Verstärkungen des Eintrittsgehäuses abstützen zu können oder beim Urformen stark variierende Wandstärken zu vermeiden, ist damit auch das erste bzw. vordere Lager entsprechend weit vorne angeordnet, so dass sich ein relativ großer Lagerabstand zu einem zweiten, hinteren Lager des Rotors des Axialverdichters ergibt, das in Strömungsrichtung hinter dem ersten Lager angeordnet ist. In der Einlaufstreben können eine oder mehrere Fluidpassagen ausgebildet sein. Solche Fluidpassagen können beispielsweise der Schmierung des Lagers dienen und hierzu einerseits im oder in der Nähe des Lagers in das Lagergehäuse münden und andererseits mit einer Schmiermittelver- bzw. -entsorgung, beispielsweise über Schmiernippel, Leitungen, Passagen in angrenzenden Gehäuseteilen o- der dergleichen, außerhalb des Eintrittsgehäuses verbunden sein. Um dabei sowohl die Länge der Fluidpassage und damit die Schwächung der das Lagergehäuse tragenden Einlaufstrebe als auch den Aufwand zu ihrer - in der Regel spanenden - Herstellung zu minimieren, verlaufen solche Fluidpassagen bisher im Wesentlichen radial.
Dies führt dazu, dass ein von der radialen Fluidpassage versorgten Lager axial auf Höhe der Austrittsöffnung der Fluidpassage aus dem Eintrittsgehäuse angeordnet werden muss, was den Lagermittenabstand des Rotors ebenfalls nachteilig vergrößert.
Ein größerer Lagermittenabstand kann jedoch die Rotordynamik negativ beeinflussen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen verbesserten Eintrittsstutzen zur Verfügung zu stellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Eintrittsstutzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch wenigstens eines seiner kennzeichnenden Merkmale weitergebildet. Anspruch 14 stellt einen Axialverdichter mit einem solchen Eintrittsstutzen un- ter Schutz, die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Ein erfindungsgemäßer Eintrittsstutzen ist für einen Axialverdichter, insbesondere einen Turbokompressor, vorgesehen und kann bevorzugt lösbar oder fest mit diesem verbunden oder integral ausgebildet sein. Er weist ein Eintrittsgehäuse auf, dessen Innenraum sich bevorzugt in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluides verjüngt. In dem Eintrittsgehäuse ist ein Lagergehäuse angeordnet, welches ein vorderes bzw. erstes Lager für einen Rotor des Axialverdichters aufnimmt. Dabei kann es sich insbesondere um ein Radiallager, ein Axiallager oder ein Radial-Axial-Lager handeln. Dieses Lager ist in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluids axial ein erstes, i.e. vorderes Lager, wobei der Rotor in wei- teren Lagern abgestützt sein kann, die einen größeren axialen Abstand zu einem Eintrittsquerschnitt des Eintrittsstutzens aufweisen. Das Lagergehäuse ist in dem Eintrittsgehäuse über eine oder mehrere Einlaufstreben abgestützt. Mehrere Einlaufstreben können äquidistant über dem Umfang des Lagergehäuses verteilt sein oder unterschiedliche Winkelabstände zueinander aufweisen. Während äquidistant verteilte Einlaufstreben die Strömung im Lagergehäuse homogen und somit wenig stören, können Einlaufstreben mit unterschiedlichen Winkelabständen zueinander an konstruktive Randbedingungen des Gehäuses, insbesondere außenliegende Zuleitungen, Rippen, unterschiedliche Wandstärken oder dergleichen angepasst werden.
Eine oder mehrere Einlaufstreben sind in je einem Stimquerschnitt der entspre- chenden Einlaufstrebe mit dem Eintrittsgehäuse verbunden. Insbesondere können eine oder mehrere, bevorzugt alle Einlaufstreben einstückig, beispielsweise durch Urformen, mit dem Eintritts- und/oder Lagergehäuse verbunden sein. Gleichermaßen können eine oder mehrere Einlaufstreben aber auch nach dem Urformen mit dem Eintritts- und/oder Lagergehäuse verbunden, beispielsweise verschweißt o- der verschraubt werden.
Gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist nun der Lagermittelpunkt des ersten Lagers in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluids axial wenigstens um das 0,1 -fache, bevorzugt wenigstens um das 0,15-fach, weiter bevorzugt wenigstens um das 0,2-fache und insbesondere wenigstens um das 0,25-fache der Sehnenlänge des Stirnquerschnittes hinter dem Flächenmittelpunkt des Stirnquerschnittes angeordnet. Als Sehnenlänge wird dabei die maximale Erstreckung des Stirnquerschnittes in axialer Richtung, i.e. in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluids bezeichnet, die beispielsweise bei einem kreisförmigen Stirnquerschnitt dessen Durchmesser, bei einem ellipsenförmigen Stirn- querschnitt dessen großem Halbmesser entspricht.
Gemäß der ersten Ausführung wird somit vorgeschlagen, das erste Lager hinter dem Flächenmittelpunkt eines Stirnquerschnittes anzuordnen. Hierdurch wird vorteilhaft der Lagerabstand zum Massenmittelpunkt des Rotors und - sofern vorhanden - zu einem zweiten, hinteren Lager des Rotors des Axialverdichters ver- kürzt, das in Strömungsrichtung hinter dem ersten Lager angeordnet ist.
Dabei kann das erste Lager insbesondere hinter den ersten zwei Dritteln der Sehnenlänge, i.e. wenigstens um das 0,17-fach, bevorzugt hinter den ersten drei Vier- teln der Sehnenlänge, i.e. wenigstens um das 0,25-fach hinter dem Flächenmittelpunkt des Stirnquerschnittes angeordnet sein.
Ist das Lagergehäuse über mehrere Einlaufstreben mit dem Eintrittsgehäuse verbunden, ist gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung der Lager- mittelpunkt des ersten Lagers axial wenigstens um das 0,1 -fache, 0,15-fach, 0,2- fache bzw. 0,25-fache der Sehnenlänge des Stirnquerschnittes hinter dem Flächenmittelpunkt des Stirnquerschnittes wenigstens einer Einlaufstrebe angeordnet. Es können also auch Einlaufstreben vorhanden sein, bezüglich deren Stirnquerschnitt das erste Lager axial vor oder im Flächenmittelpunkt angeordnet ist. In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Lagermittelpunkt des ersten Lagers axial wenigstens um das 0,1 -fache, 0,15-fach, 0,2-fache bzw. 0,25-fache der Sehnenlänge des Stirnquerschnittes hinter den Flächenmittelpunkten der Stirnquerschnitte aller Einlaufstreben angeordnet.
Der Lagermittelpunkt muss nicht mehr innerhalb der auf die Längsachse des Ein- trittsstutzens projizierten Sehnenlänge des bzw. der Stirnquerschnitte liegen, sondern kann axial auch hinter dem bzw. den Stirnquerschnitten angeordnet sein. Gleichermaßen kann er jedoch auch innerhalb der auf die Längsachse des Eintrittsstutzens projizierten Sehnenlänge des bzw. der Stirnquerschnitte liegen, insbesondere höchstens um das 0,75-fache, insbesondere höchstens um das 0,5- fache der Sehnenlänge des Stirnquerschnittes hinter dem Flächenmittelpunkt des Stirnquerschnittes angeordnet sein.
Gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in wenigstens einer Einlaufstreben eine Fluidpassage ausgebildet. Diese kann insbesondere zum Zuführen und/oder Abführen von Schmiermittel zu dem Lager für das Laufrad vor- gesehen sein. Eine Fluidpassage kann gleichermaßen zum Zuführen und/oder Abführen von Kühlfluid, insbesondere Kühlluft, und/oder einem Sperrfluid, insbesondere Sperrluft dienen, um den Axialverdichter zu kühlen bzw. einen Schmiermittelaustritt in den Axialverdichter zu vermeiden. Auch andere Fluide, beispielsweise ein Hydraulikfluid, insbesondere eines geregelten Lagers, können durch die Fluid- passage strömen. Insbesondere zu den vorgenannten Funktionen kann eine Fluidpassage in einer bevorzugten Ausführung in oder in der Nähe des Lagers in das Lagergehäuse münden. Zusätzlich oder alternativ zu einem Fluid kann die inso- weit nur zur Vereinfachung so bezeichnete Fluidpassage beispielsweise auch zur Führung von Kabeln, Leitungen oder dergleichen, etwa elektrischer und/oder optischer Leitungen für Sensoren im Lagergehäuse ausgebildet sein.
Gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun vorgeschla- gen, dass eine solche Fluidpassage wenigstens abschnittsweise einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens einschließt, i.e. schräg zur Axialrichtung des Eintrittsstutzens verläuft, insbesondere von radial außen nach radial innen in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Fluides.
Durch diese konstruktive Abänderung gegenüber herkömmlichen, rein radial ver- laufenden Fluidpassagen wird es vorteilhaft möglich, das Lager in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Fluides axial nach hinten zu versetzen so den Lagermittenabstand zu verkürzen, um rotordynamische Probleme zu verringern oder zu vermeiden. Gleichzeitig wird es möglich, Zuleitungen zu den Fluidpassagen an der Außenfläche des Eintrittsgehäuses optimal, beispielsweise in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Fluides weiter vorne anzuordnen und somit im Bereich der Einlaufstrebe(n) Verstärkungen wie Rippen oder dergleichen an der Außenfläche des Eintrittsgehäuses vorzusehen.
Die erste und zweite Ausführung können vorteilhaft miteinander kombiniert sein. Wenn das erste Lager gemäß der ersten Ausführung gegenüber dem Stirnquer- schnitt einer Einlaufstrebe axial nach hinten versetzt ist, kann es durch schräg verlaufende Fluidpassagen in dieser Einlaufstrebe besonders gut bedient werden. Sofern es der Querschnitt einer Einlaufstrebe zulässt, können jedoch bei der ersten Ausführung auch Fluidpassagen rein radial verlaufen oder umgekehrt schräge Fluidpassagen in rein radial ausgerichteten Einlaufstreben vorgesehen sein, in denen der Lagermittelpunkt axial unter dem Flächenmittelpunkt des Stirnquerschnittes liegt. Insofern beziehen sich nachfolgende Erläuterungen gleichermaßen auf die erste und/oder zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung.
In einer oder mehreren Einlaufstreben können jeweils mehrere, insbesondere zwei oder drei Fluidpassagen ausgebildet sein, wobei wenigstens eine, bevorzugt meh- rere, besonders bevorzugt alle Fluidpassagen einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bilden. Solche Fluidpassagen können bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, was die Fertigung vereinfacht. Gleichermaßen können sie jedoch auch unterschiedliche Winkel mit der Normalebene einschließen, um so insbesondere optimale Wege zwischen Austrittspositionen am Eintrittsgehäuse und am Lagergehäuse zu definieren. Auf diese Weise können beispielsweise nahe beieinander in das Lagergehäuse mün- dende Fluidpassagen mit axial voneinander entfernten Zuleitungen am Eintrittsgehäuse verbunden werden und umgekehrt.
In zwei Einlaufstreben kann eine unterschiedliche Anzahl von Fluidpassagen ausgebildet sein, um so beispielsweise Zu- und Ableitungen optimal zu verteilen. Auch müssen Fluidpassagen in derselben oder unterschiedlichen Einlaufstreben nicht denselben Durchmesser aufweisen, sondern können beispielsweise an die Beschaffenheit und Menge des zu- oder abgeführten Mediums angepasst sein.
Eine oder mehrere Fluidpassagen können im Wesentlichen geradlinig verlaufen, so dass sie überall denselben spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bilden. Solche Fluidpassagen sind besonders einfach durch Bohren herzustellen und in der Konstruktion zu berücksichtigen.
Der Winkel, den eine solche im Wesentlichen geradlinig verlaufende Fluidpassage mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet, kann bevorzugt im Bereich zwischen 10° und 40°, insbesondere im Bereich zwischen 20° und 30° liegen. Dies stellt einen guten Kompromiss aus Verkürzung des Lagermitten- abstandes und Erhöhung des Fertigungsaufwandes dar.
Eine oder mehrere Fluidpassagen können auch einen geknickten Verlauf aufweisen, so dass wenigstens ein Abschnitt dieser Fluidpassage einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet. Andere Abschnitte solcher Fluidpassagen können hingegen beispielsweise im Wesentlichen in Radialrichtung des Eintrittsgehäuses verlaufen. Auf diese Weise können die Vorteile rein radialer und schräg verlaufender Fluidpassagen miteinander verbunden werden.
Der Winkel, den ein solcher schräger Abschnitt einer Fluidpassage mit geknicktem Verlauf mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet, liegt bevorzugt im Bereich zwischen 60° und 80°, insbesondere im Bereich zwischen 65° und 75°. Da hier nur eine kürzere Strecke in radialer Richtung zum Ausgleich des Axialversatzes zwischen Ein- und Austritt der Fluidpassage zur Verfügung steht, weisen solche schrägen Abschnitte bevorzugt größere Winkel zur Normalebene auf als knicklose Fluidpassagen.
In einer bevorzugten Ausführung münden zwei oder mehr Fluidpassagen in einen gemeinsamen Abschnitt, der mit dem Inneren des Lagergehäuses kommuniziert. Dieser Abschnitt kann insbesondere schräg verlaufen, während die in ihn mündenden Fluidpassagen bevorzugt im Wesentlichen in Radialrichtung des Eintrittsgehäuses verlaufen. Hierdurch können von solchen, im Wesentlichen rein radial verlaufenden, Fluidpassagen ver- oder entsorgte Stellen durch einen gemeinsamen schrägen Abschnitt beschickt werden, was den Herstellungsaufwand und die Schwächung der Einlaufstrebe vorteilhaft verringert.
Eine Radialachse durch die Flächenmittel- oder -Schwerpunkte wenigstens einer Einlaufstrebe kann - wenigstens abschnittsweise - ebenfalls einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bilden Hierzu kann beispielsweise eine Einlaufstrebe mit konstantem Querschnitt insgesamt schräg, insbesondere in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluides zum Lagergehäuse hin zulaufend, ausgebildet sein. Eine solche gepfeilte Einlaufstrebe ist zur Aufnahme insbesondere geradliniger Fluidpassagen besonders geeignet. Insbesondere zu deren Aufnahme, aber auch zur Aufnahme von geknickten Fluidpassagen sowie zur Abstützung eines axial nach hinten versetzten ersten Lagers kann eine Einlaufstrebe gleichermaßen auch im Wesentlichen in radialer Richtung des Eintrittsgehäuses verlaufen und sich zum Lagergehäuse hin verbreitern, so dass der Flächenmittel- oder -Schwerpunkt sich zum Lagergehäuse hin in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluides nach hinten verlagert.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
Fig. 1 einen Eintrittsstutzen nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung im Halbschnitt; und
Fig. 2 den Eintrittsstutzen nach Fig. 1 im perspektivischen Viertelschnitt.
Fig. 2 zeigt das herausgeschnittene untere, in Strömungsrichtung eines zu ver- dichtenden Fluides gesehen linke, Viertel eines Eintrittsstutzen nach einer Ausfüh- rung der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung, Fig. 1 einen Horizontalschnitt in Fig. 2.
Der Eintrittsstutzen weist ein Eintrittsgehäuse 1 zum Sammeln und Zuführen eines Mediums zu einem (nicht dargestellten) Turbokompressor dar. In dem Eintrittsge- häuse 1 ist ein Lagergehäuse 2 angeordnet, das eine im Wesentlichen zylindrische Form, mit in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Mediums (von links nach rechts in den Figuren), vorderer halbkugelförmiger Stirnseite aufweist. In dem Lagergehäuse 2 ist ein Radiallager 3 für einen Rotor mit Laufrad des Turbokompressors (nicht dargestellt) ausgebildet, dessen Lagermittelpunkt 3a axial in der Mitte des dargestellten Lagerringes liegt.
Das Lagergehäuse 2 ist mit dem Eintrittsgehäuse 1 über drei, vier oder mehrere Einlaufstreben verbunden, wobei in Fig. 2 eine untere (geschnitten) und eine linke (teilweise verdeckt) Einlaufstrebe 4 erkennbar sind, in Fig. 1 die linke Einlaufstrebe 4. In einer nicht dargestellten Abwandlung sind zusätzlich zwei oder mehr Blindstreben in der oberen Hälfte des Eintrittsgehäuses angeordnet, welche nicht mit dem Lagergehäuse verbunden sind.
Die in Fig. 1 dargestellte linke Einlaufstrebe 4 ist einstückig mit dem Eintrittsgehäuse 1 verbunden und geht in ihrem dem Eintrittsgehäuse 1 zugewandten Stirn- querschnitt in dieses über. Der Flächenmittelpunkt 10 dieses Stirnquerschnittes ist in Fig. 1 eingezeichnet und liegt erkennbar axial vor dem Lagermittelpunkt 3a, der gegenüber diesem Flächenmittelpunkt 10 um das 0,375-fache in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluids axial nach hinten (nach rechts in Fig. 1) versetzt ist. In der linken Einlaufstrebe 4 sind drei Fluidpassagen 5 ausgebildet, von denen eine in Fig. 1 linke, vordere Fluidpassage 5.1 (strichpunktiert in Fig. 1) der Führung von Leitungen für Sensoren zum Lager 3 dient und in der Nähe des Lagers 3 vor diesem in das Lagergehäuse 2 mündet, eine mittlere Fluidpassage 5.2 (ausgezogen in Fig. 1) der Zufuhr von Schmiermittel zum Lager 3 dient und in dem Lager 3 in das Lagergehäuse 2 mündet, und eine in Fig. 1 rechte, hintere Fluidpassage 5.3 (strichdoppelpunktiert in Fig. 1) der Zufuhr von Sperrluft in das Lagergehäuse 2 dient und in der Nähe des Lagers 3 nach diesem in das Lagergehäuse 2 mündet. Diese Fluidpassagen 5 sind als Durchgangsbohrungen ausgebildet und verlaufen daher im Wesentlichen geradlinig. Sie schließen einen spitzen Winkel von ca. 23° mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens (Vertikalebene senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1) bzw. den Komplementärwinkel von ca. 67° mit der Längsachse ein.
In der unteren Einlaufstrebe 4 sind zwei Fluidpassagen 6 ausgebildet, die der Abfuhr von Schmiermittel aus dem Inneren des Lagergehäuses 2 dienen. Diese Fluidpassagen 6 bilden abschnittsweise einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens. Hierzu weisen sie einen geknickten Verlauf auf, wobei jeweils ein sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Abschnitt 61 bzw. 6.2 in einen beiden Fluidpassagen 6 gemeinsamen Abschnitt 8 übergeht, der einen spitzen Winkel von ca. 72° mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet.
Dieser gemeinsame schräge Abschnitt 8 erstreckt sich in Längsrichtung des Ein- trittsgehäuses 1 (von links nach rechts in Fig. 1) und mündet am Ende in eine kreissegmentförmige Ringnut 7, die rechtwinkelig zum Abschnitt 8 ausgebildet ist und sich über einen Bereich von 70° in der unteren Hälfte des Lagergehäuses 2 erstreckt. Über die hinter dem Lager 3 angeordnete Ringnut 7 und den zum Inneren des Lagergehäuses 2 hin offenen gemeinsamen Abschnitt 8, der sich von der Ringnut 7 unter dem Radiallager 3 hindurch nach vorne bis zu den in radialer Richtung verlaufenden Abschnitten 6.1 , 6.2 erstreckt, kommunizieren die beiden Fluidpassagen mit dem Inneren des Lagergehäuses 2.
Auch bezüglich des Flächenmittelpunktes 10 der unteren Einlaufstreben 4 ist der Lagermittelpunkt des Lagers 3, wie in Fig. 2 erkennbar, axial nach hinten versetzt und liegt im letzten Drittel von dessen auf die Längsachse 9 projizierten Sehnenlänge.
Wie insbesondere in Fig. 1 gut erkennbar, erstrecken sich die Einlaufstreben 4 im Wesentlichen in radialer Richtung (von oben nach unten in Fig. 1). Um dabei auf beiden Seiten ausreichend Material für die schräg verlaufenden Fluidpassagen 5 bzw. den schrägen, gemeinsamen Abschnitt 8 aufzuweisen und den Lagermittelpunkt gut abstützen zu können, weisen die Einlaufstreben 4 an ihrer in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Fluids (rechts in Fig. 1 , 2) hinteren Abströmkante einen im Wesentlichen dreickförmigen Ansatz 4.1 auf. Eine Radialachse durch die Flächenmittelpunkte der Einlaufstreben 4 weist daher in diesem Abschnitt mit dem Absatz 4.1 einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens auf.
Bezugszeichenliste
1 Eintrittsgehäuse
2 Lagergehäuse
3 Radiallager
3a Lagermittelpunkt
4 Einlaufstrebe
4.1 Ansatz
5.1-5.3 Fluidpassage (für Luft, Schmiermittel bzw. Kabel)
6.1 , 6.2 Flutdpassage
7 Ringnut
8 gemeinsamer Abschnitt
9 Längsachse
10 Flächenmittelpunkt des Stirnquerschnittes

Claims

Patentansprüche
1. Eintrittsstutzen für einen Axialverdichter, insbesondere einen Turbokompressor, mit einem Eintrittsgehäuse (1), in dem ein Lagergehäuse (2) mit einem in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluids axial ersten Lager (3), insbesondere einem Radial- und/oder Axiallager, für einen Rotor angeordnet ist, wobei das Lagergehäuse (2) mit dem Eintrittsgehäuse (1) über wenigstens eine Einlaufstrebe (4) verbunden ist, die in einem Stirnquerschnitt mit dem Eintrittsgehäuse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagermittelpunkt des Lagers (3) in Strömungsrichtung axial wenigstens um das 0,1 -fache, insbesondere wenigstens um das 0,15-fach, insbesondere wenigstens um das 0,2-fache, insbesondere wenigstens um das 0,25-fache der Sehnenlänge des Stirnquerschnittes hinter dem Flächenmittelpunkt des Stirnquerschnittes angeordnet ist; und/oder in der wenigstens einen Einlaufstrebe (4) wenigstens eine Fluidpassage (5, 6) ausgebildet ist, die wenigstens abschnittsweise einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet.
2. Eintrittsstutzen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Lager- gehäuse (2) mit dem Eintrittsgehäuse (1) über mehrere, insbesondere drei oder vier Einlaufstreben (4) verbunden ist.
3. Eintrittsstutzen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (2) mit dem Eintrittsgehäuse (1) über drei oder mehrere gleich- oder ungleichmäßig verteilte Einlaufstreben verbunden ist, wobei eine oder mehre- re Einlaufstreben als Blindstreben ausgeführt sind.
4. Eintrittsstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Einlaufstrebe (4) mehrere, insbesondere zwei oder drei Fluidpassagen (5.1 , 5.2, 5.3; 6.1 , 6.2) ausgebildet sind.
5. Eintrittsstutzen nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Einlaufstrebe (4) mehrere Fluidpassagen (6.1 , 6.2) und in einer ande- ren Einlaufstrebe (4) eine hiervon unterschiedliche Anzahl von Fluidpassagen (5.1 , 5.2, 5.3) ausgebildet ist.
6. Eintrittsstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Fluidpassage (5) im Wesentlichen geradlinig verläuft, so dass sie überall denselben spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet.
7. Eintrittsstutzen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel, den eine im Wesentlichen geradlinig verlaufende Fluidpassage (5) mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet, im Bereich zwi- sehen 10° und 40°, insbesondere im Bereich zwischen 20° und 30° liegt.
8. Eintrittsstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Fluidpassage (6) einen geknickten Verlauf aufweist, so dass wenigstens ein Abschnitt (8) dieser Fluidpassage einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet.
9. Eintrittsstutzen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel, den ein Abschnitt (8) einer Fluidpassage (6) mit geknicktem Verlauf mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet, im Bereich zwischen 60° und 80°, insbesondere im Bereich zwischen 65° und 75° liegt.
10. Eintrittsstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass wenigstens zwei Fluidpassagen (6.1 , 6.2) in einen gemeinsamen Abschnitt (8) münden, der mit dem Inneren des Lagergehäuses (2) kommuniziert.
11. Eintrittsstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidpassage zum Zuführen und/oder Abführen von Schmiermittel zu dem Lager (3) für das Laufrad ausgebildet ist.
12. Eintrittsstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidpassage (5, 6) in oder in der Nähe des Lagers (3) in das Lagergehäuse (2) mündet.
13. Eintrittsstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine Radialachse durch die Flächenmittelpunkte wenigstens einer Einlaufstrebe wenigstens abschnittsweise einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet.
14. Axialverdichter, insbesondere Turbokompressor, mit einem Eintrittsstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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