WO2016001181A1 - Strömungsumlenkung bei einer strömungsmaschine - Google Patents

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WO2016001181A1
WO2016001181A1 PCT/EP2015/064769 EP2015064769W WO2016001181A1 WO 2016001181 A1 WO2016001181 A1 WO 2016001181A1 EP 2015064769 W EP2015064769 W EP 2015064769W WO 2016001181 A1 WO2016001181 A1 WO 2016001181A1
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section
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pipe bend
compressor
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PCT/EP2015/064769
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Ludger Alfes
Wolfgang Freund
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F04D25/00—Pumping installations or systems
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    • F02M35/10242—Devices or means connected to or integrated into air intakes; Air intakes combined with other engine or vehicle parts
    • F02M35/10262—Flow guides, obstructions, deflectors or the like
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    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/51—Inlet

Definitions

  • the invention relates to a device for deflecting a fluid flow for a turbomachine, in particular for a multi-stage compressor, such as a Gereteturboverêtr.
  • Compressors or fluid compressing devices are used in various industries for various applications involving compression or compression of fluids, especially (process) gases.
  • Well-known examples of this are turbo compressors in mobile industrial applications, such as in exhaust gas turbochargers or in jet engines, or even in stationary industrial applications, such as gearbox turbo compressors for air separation.
  • Fluid from inlet to outlet by a rotating, radially extending blades having impeller of Turboverdich ⁇ age is increased by the rotation of the blades.
  • a rotating, radially extending blades having impeller of Turboverdich ⁇ age is increased by the rotation of the blades.
  • a plurality of such compressor stages can be connected in series, wherein the fluid to be compressed is guided from the compressor stage to the compressor stage.
  • turbocompressors As types of turbocompressors, a distinction is made between radial and axial compressors.
  • the fluid to be compressed for example a process gas
  • the fluid to be compressed flows in a direction parallel to Axle (axial direction) through the compressor.
  • the gas flows axially into the impeller of
  • the 90 ° elbow in the form of two individually manufactured, each cut to 45 ° or produced from correspondingly cut ⁇ cut sheets, (at the 45 ° cutting edges) welded together hollow cylinders with the same internal cross-sections.
  • a (concentric) reducer for example a DIN-part according to DIN 2616 in the form ei ⁇ nes (concentric) taper closes in the flow direction of the fluid with a cone angle (half the opening angle between the surface line and the cone axis) of about 30 °, which reduces a nominal pipe diameter of the 90 ° elbow or its supply to a compressor suction range of the corresponding (downstream of the fluid) compressor stage.
  • the invention has for its object to realize a Strömungsum- steering for a turbomachine, which improves the disadvantages of the prior art, in particular which is simple and inexpensive to produce and allows a uniform and vortex-free flow.
  • the object is achieved by a device for deflecting a fluid flow for a turbomachine, in particular for a multi-stage compressor, with the features according to the independent claim.
  • the device for deflecting a fluid flow for a flow machine for example for a multistage Ver ⁇ denser, provides at least one pipe bend with a constant flow cross-section and a flow-connected to the pipe bend tubular flow element having ⁇ change of flow cross section.
  • (two) “fluidically connected (flow / flow guidance) elements” can be understood to mean that these two elements are connected to one another in such a way that a flow medium from the first element flow out and - directly or via an intermediate (flow / Strömungs Adjusts-) element, such as a pipe or the like, indirectly - can flow into the other element.
  • an intermediate element such as a pipe or the like
  • the flow medium flows from ers ⁇ th - optionally via an intermediate element - for the second element.
  • a “constant" flow cross-section and a “changing” flow cross-section can mean so that along the element longitudinal axis or center longitudinal axis / line per ⁇ wells resulting cross-sectional areas do not change ( "constant") or change.
  • the change may in this case - Over the entire longitudinal course of the element longitudinal axis or central longitudinal axis / -line or over a (longitudinal) section or several (longitudinal) sections along the element longitudinal axis or central longitudinal axis / line continuously or discontinuously, as in one or more stages along the Alternatively, the device for deflecting a fluid flow for a turbo-engine, in particular for a multi-stage compressor, provides at least one pipe bend with a changing flow cross-section.
  • the apparatus provides a dres ⁇ ges ( "pipe elbow having a changing flow cross section") or a multipart component ( “pipe bend with a constant flow cross-section and a flow-connected to the pipe bend tubular flow element having ver ⁇ changing flow cross section”) in front of which the two radio ⁇ tions, "flow diversion" and
  • the device realized so in a simple and inexpensive way with a flow deflection
  • the device proves to be a cost-saving solution, there are these standardized elements available.
  • the device also provides pipe bends - with a constant flow cross-section or with a changing flow cross-section - the device achieves this by virtue of the fact that - unlike the known 90 ° manifolds and there "sharp bend deflections" of the fluid flow - the fluid flow (in the arc of the pipe bend ), whereby the fluid flow is evened out, and secondary disturbances, such as eddies, in the flow are reduced. tion machines, in particular compressors, can be realized.
  • pipe bends according to the invention also realize smaller internal diameters than those which result in "knickchnisch" at known 90 ° elbows at local seam / (90 °) buckling / welding points of the two manifold parts / hollow cylinders, so in the device lower wall thicknesses - and as a result less material, less weight and lower costs can be realized.
  • the device may further also compact and build space saving, are zusommeli ⁇ che, separate (hereinafter the flow deflection to shoring ⁇ end) cross-section adjustments / -anpass publishede, particularly Re ⁇ duzieritch or Reduction pieces, no longer necessary here.
  • Cross-section reduction are performed in the tubular flow element with changing flow cross-section "slim” or “mild", whereby disturbances, such as whirl, can be reduced or avoided in the fluid flow.
  • suction lines in multi-stage compressors as in Gereteturboverdich- tern, (which suction lines flow deflections (from one to the next compressor stage) and
  • arc angles such as 30 °, 45 °, 60 °, 75 °, 105 °, 120 °, 150 ° or 180 ° - or intermediate angle , - correspond with ⁇ the flow deflections - can be realized in the pipe bend.
  • leg arc pipe bends - with changing flow cross section or with a constant flow cross section - with one or two extended legs, so-called leg arc, can be used in the device.
  • additional, separate intermediate pieces and Zvi ⁇ rule tube pieces can be avoided, is handled by the (prolonged and "integrated") bow limb whose function.
  • the tubular flow element with changing flow cross section is a conical tube segment, which is particularly cost effective in such available as standard pipes ⁇ conical tubes.
  • the cross-sectional reduction occurs continu ⁇ ously over the longitudinal extent or the longitudinal center line / - line of the conical tube segment, which is fluidly be ⁇ Sonder favorable.
  • a cone angle (half the opening angle between the generatrices and the cone axis) of such a conical tube segment in the range of about 5 ° to 25 °, in particular for aerodynamic reasons in a range of about 7 ° to 15 °, more preferably at about 10 ° or about 1.5 °, whereby flow-favorable "slim” or “mild” cross-sectional reductions can be realized and (secondary) disturbances, such as whirls, can be avoided.
  • the pipe bend with a constant flow cross-section and the flow ⁇ technically connected to the pipe bend tubular flow element are connected to each other with a changing flow cross section by means of a thermal or mechanical joining process.
  • the elements of the device made of metal, such as sheet metal or sheet metal parts such welds be ⁇ Sonders are suitable.
  • the / the outlet cross-section / surface of the pipe bend with constant Strömungsquer ⁇ section and the inlet cross-section / -s simulation the flow ⁇ technically connected to the pipe bend tubular Strömungsmo ming element is the same with changing flow cross-section, resulting in connection
  • Both elements provides a bumpless or continuous, flow-favorable transition (without stall edge).
  • both elements are connected / are such zuei ⁇ Nander that their central longitudinal axes / - lines form a straight extension of each other, WO let realisie ⁇ ren by also streamlined conditions.
  • the device provides here the multi-part or two-part component, which both in / with its first element
  • tubular disposed Zvi ⁇ rule element with a constant flow cross-section in a flow direction of the fluid flow between the pipe bend with a constant flow cross-section and the tubular flow element fluidically connected to the pipe bend with changing flow cross section a Identical / identical outlet / inlet cross-sections / surfaces at the connection points and / or a straight-line extension of the central axes are preferably feasible.
  • the respective (entry / exit) cross sections at the connection points between the elements can be matched to one another.
  • the elements can also be that are aligned and / or positioned so that their longitudinal axes / lines are aligned in straight extension to each other.
  • the flow guidance in the device can be improved and / or secondary disturbances by vortices in the region of the deflection / deflections can be minimized.
  • Such flow guide may, for example, via the elements, ie inserted pipe bend, flow element, embele ⁇ ment, provided / incorporated slots in the device or in the interior of the device - and then by means of a joining method such as a thermi ⁇ rule joining method, for example by welding , inside ⁇ half (for example, by an inner weld) and / or outside (for example, by an outer weld) are fixed to the device.
  • a joining method such as a thermi ⁇ rule joining method, for example by welding , inside ⁇ half (for example, by an inner weld) and / or outside (for example, by an outer weld) are fixed to the device.
  • additional, additional attachment parts such as an additional tube or a further tube guide and / or a reduction and / or elbow, may be provided on the device, whereby complex flow guides may be provided. if necessary, in compliance with complex technical or constructional boundary conditions, for example between
  • the pipe bend with a changing flow cross-section and / or the pipe bend with a constant flow cross-section and / or the tubular flow element connected to the pipe bend with a fluid flow cross-section consist of a metal compound.
  • Sheet metal / sheet metal parts are particularly preferred before ⁇ used, such parts are available inexpensively. Steel or stainless steel elements are also usable.
  • the device in a suction line of a
  • Compressor stage of a multi-stage compressor in particular a transmission compressor is arranged.
  • the device can thus - in a particularly simple, inexpensive, compact and streamlined manner - direct the flow and its cross section of nominal pipe diameter
  • the device can also be used for other types of turbomachines, such as turbines, for local flow guidance, for example between turbine stages.
  • Exemplary embodiment bladed pipe bend with subsequent slender inlet reduction in a suction line in a multi-stage gearbox compressor (FIG. 1)
  • a process medium 2 ie, a process gas 2
  • a multi-stage gear compressor 3 from an intercooler 26 between two compressor stages 28, 29, ie (in general nomenclature) a first 28 and a subsequent second compressor stage 29, the gear compressor 3 to the suction side 27 of the second To lead compressor stage 29, a flow guidance of the process gas 2 with a flow deflection of 90 ° is necessary for Aufstel ⁇ tion reasons or structural reasons.
  • This flow guidance or the 90 ° flow deflection is as compact as possible with small dimensions and strömungsgüns ⁇ tig to make the transmission compressor 3 even compact and cost-effective and with high efficiency.
  • the process gas flow after the 90 ° deflection should be performed uniformly, without disturbing vortices in the compressor suction 27 of the second compressor stage 29, thereby uniform flow of impellers (not shown) of this compressor stage 29 and a high efficiency of the compressor stage 29 and the gear compressor 3 to ensure.
  • FIG 1 shows a section of the flow guide with egg ⁇ nem bladed pipe bend 4 with subsequent slender inlet reduction 8 (together (Strömungsumschungs-) device 1) in the suction line 21 between the first and second compressor stage 28, 29 in the multi-stage Ge ⁇ gear compressor. 3 which realizes said requirements in a simple and cost-effective manner.
  • the flow guide or the flow-deflection device 1 a bladed tube sheet 4 as well as a slender inlet reduction 8, wherein between the bladed tube sheet 4 and slender inlet reduction 8, a straight and short intermediate tube / 19 is inserted angeord ⁇ net.
  • this straight intermediate tube 19 can also be replaced by an extended and "integrated"
  • Pipe bend 4, intermediate pipe 19 and inlet reduction 8 are each made of steel.
  • the connections between the pipe bend 4 and the straight intermediate pipe 19 or straight intermediate pipe 19 and inlet reduction 8 are each welded joints.
  • the pipe bend 4 has a 90 ° bend 12 - thus realizes a 90 ° flow deflection 37 - with a constant flow cross-section of about 300 mm (here also nominal pipe diameter 24).
  • the process gas 2 enters / flows through the flow inlet opening or the inlet cross section 15 of approximately 300 mm - axially of the central longitudinal axis / line 20 or in the flow direction 32 into the intermediate tube 19, flows through this (also guided by straight flow baffles 18) axially of the central longitudinal axis / line 20, in a straight direction and flows (axially of the central longitudinal axis / -line 20 or in Strö ⁇ tion direction 32) via the flow outlet opening or the outlet cross-section 16 of (again) about 300 mm from from there immediately thereafter via the Strömungseintrittsöff ⁇ tion or the inlet cross section 9 of about 300 mm - axially of the central longitudinal axis / line 20 or in the flow direction 32 enter the inlet reduction 8 / streams.
  • the inlet reduction 8 - as 1 shows in formed by a conical tube shape or - has a cone angle () 36 of about 10 °, whereby the flow inlet opening or the inlet cross-section 9 of approximately 300 mm over a County ⁇ ge ( of the conical tube) of approximately 287.56 mm to an end cross section or a flow outlet opening or outlet cross section 10 of approximately 200 mm (compressor suction gauge 25) is reduced.
  • the (90 °) pipe bend 4 or the 90 ° bend 12 realizes a (constant) small or reduced flow cross-section 17, which reduces the cost of materials - since thinner wall thicknesses are possible in the pipe bend 4 - in the pipe bend 4 and thereby reducing its cost and processing effort.
  • FIG 1 illustrates, the flow following, bent deflecting vanes 18 in the region of the 90 ° arc 12 of the pipe bend 4 and the flow path following, straight Strömungsleitbleche 18 used in the straight and short intermediate tube 19.
  • slits 31, which are evenly distributed over the (inner) circumference 17 in the region of the arc 12, are introduced into the pipe bend 4, into which the bent deflection vanes 18 are inserted into the interior of the pipe bend 4 and fixed to the pipe bend 4 by internal welding become.
  • the straight flow baffles 18 introduced into the straight and short intermediate tube 19 are also held there by internal welding in slots 31 distributed uniformly over the (inner) circumference 17.
  • the process gas 2 flows into the 90 ° bend 12 via the inlet opening 5 on the pipe bend 4 (via the pipe nominal width cross-section 24 of about 300 mm), where it is smoothly guided by the deflection vanes 18
  • the inlet reduction 8 is, as FIG 1 also shows, a short, cylindrical, immediately (in the flow direction) after the inlet reduction 8 arranged pipe section 33, which also has the Ver Whyrsaugnennweitenquerexcellent 25 of about 200 mm, to a suction nozzle 34 on the suction side 27th the second compressor stage 29 flanged.
  • cost, low Mate ⁇ rialetzwand and welding effort requiring, streamlined flow deflection with reduction of the flow cross-section or deflection device 1 can suction lines of gearbox Compressors are designed to be more compact and cheaper and streamlined. This makes it possible to reduce the overall AufStellungsraum of gearbox compressors or systems and thereby save further costs.
  • Embodiment bladed pipe bend with gleichzeiti ⁇ ger cross-sectional reduction in a suction line in a multi-stage geared compressors (FIG 2)
  • FIG. 2 shows a detail of an alternative Strö ⁇ mung lead in the suction line 21 of the transmission compressor 3 (of Figure 1), which alternative flow guide, ie, the deflection apparatus 1, - as well as that of Figure 1 - in a simple and inexpensive manner the requirements mentioned Sol ⁇ che flow guides, such as compact design, strömungsgüns ⁇ tig, material saving, easy to build, inexpensive, high efficiency, realized.
  • the pipe bend 13 has a
  • the process gas 2 / flows - axially of the central longitudinal axis / line 7 or in the flow direction 32 in the pipe bend 13, is deflected in the 90 ° bend 14 of the pipe bend 13 (axially the central longitudinal axis / -line 7) (guided by curved vanes 18) and flows (axi al the central longitudinal axis / line 7 or in the flow direction 32) via the flow outlet opening or the outlet cross-section 6 of about 200 mm (here Ver Whyrsaugnennweite 25).
  • 90 ° flow deflection 37 and reducing the flow cross-section from the initial nominal pipe diameter 24, here 300 mm, on the
  • the (90 °) tube bend 13 or 90 ° bend 14 produces a (continuously decreasing) small or reduced flow cross-section 17, which reduces the cost of materials in the tube bend 13 since thinner wall thicknesses are possible for the tube bend 13 and thereby also ⁇ sen costs and processing costs reduced.
  • FIG clarified 1 was used 18 in the region of 90 ° Bo ⁇ gens 14 of the pipe bend. 13
  • slits 31, which are evenly distributed over the (inner) circumference 17 in the area of the arc 14, are introduced into the pipe bend 13 into which the bent deflection vanes 18 are inserted into the pipe bend 4 and fixed to the pipe bend 13 by internal welding become.
  • the process gas 2 flows into the 90 ° bend 14 via the inlet opening 5 on the pipe bend 13 (via the pipe nominal width cross-section 24 of approximately 300 mm), where passes through the turning vanes 18 - evenly, without
  • the pipe bend 13 is, as FIG 1 also shows, a short, cylindrical, immediately (in the flow direction) after the pipe bend 13 arranged pipe section 33, which also has the Ver Whyrsaugnennweitenquerrough 25 of about 200 mm ⁇ , to a suction nozzle 34 at the Flanged suction side 27 of the second compressor stage 29.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Strömungsumlenkung (2) für eine Strömungsmaschine (3), insbesondere für einen mehrstufigen Verdichter (3), wie einen Getriebeturboverdichter (3). Um eine einfache und kostengünstige Vorrichtung (1) zu realisieren, sieht die Vorrichtung (1) einen Rohrbogen mit konstantem Strömungsquerschnitt (4) und ein strömungstechnisch mit dem Rohrbogen (4) verbundenes rohrförmiges Strömungselement mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt (8) vor. Alternativ sieht die Vorrichtung (1) einen Rohrbogen mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt (13) vor.

Description

Strömungsumlenkung bei einer Strömungsmaschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umlenkung einer Fluidströmung für eine Strömungsmaschine, insbesondere für einen mehrstufigen Verdichter, wie einen Getriebeturboverdichter .
Verdichter bzw. fluidekomprimierende Vorrichtungen werden in verschiedenen Industriebereichen für verschiedene Anwendungen genutzt, bei denen es um eine Kompression oder Verdichtung von Fluiden, im Speziellen ( Prozess- ) Gasen, geht. Bekannte Beispiele hierfür sind Turboverdichter in mobilen industriellen Anwendungen, wie in Abgasturboladern oder in Strahltriebwerken, oder auch in stationären industriellen Anwendungen, wie Getriebe- bzw. Getriebeturboverdichter für eine Luftzerlegung .
Bei einem solchen - in seiner Arbeitsweise kontinuierlich arbeitenden - Turboverdichter wird die Druckerhöhung (Verdich- tung) des Fluids dadurch bewirkt, dass ein Drehimpuls des
Fluids von Eintritt zu Austritt durch ein rotierendes, radial erstreckende Schaufeln aufweisendes Laufrad des Turboverdich¬ ters durch die Rotation von den Schaufeln erhöht wird. Hier, d.h. in einer solchen Verdichterstufe, steigen Druck und Tem- peratur des Fluids, während die relative (Strömungs¬ geschwindigkeit des Fluids im Laufrad bzw. Turbolaufrad sinkt .
Um eine möglichst hohe Druckerhöhung bzw. Verdichtung des Fluids zu erreichen, können mehrere solcher Verdichterstufen hintereinander geschaltet werden, wobei das zu komprimierende Fluid von Verdichterstufe zu Verdichterstufe geführt wird.
Als Bauformen von Turboverdichtern unterscheidet man zwischen Radial- und Axialverdichtern.
Bei dem Axialverdichter strömt das zu komprimierende Fluid, beispielsweise ein Prozessgas, in paralleler Richtung zur Achse (Axialrichtung) durch den Verdichter. Bei dem Radialverdichter strömt das Gas axial in das Laufrad der
Verdichterstufe und wird dann nach außen (radial, Radialrich¬ tung) abgelenkt. Insbesondere bei mehrstufigen Radialverdich- tern wird damit hinter jeder Stufe eine Strömungsumlenkung bei dem strömenden Fluid notwendig.
Kombinierte Bauarten von Axial- und Radialverdichtern saugen mit ihren Axialstufen große Volumenströme an, die in den an- schließenden Radialstufen auf hohe Drücke komprimiert werden.
Während meist einwellige Maschinen zum Einsatz kommen, sind bei (mehrstufigen) Getriebeturboverdichtern (kurz im Folgenden auch nur Getriebeverdichter) die einzelnen
Verdichterstufen um ein Getriebegehäuse herum gruppiert, wo¬ bei mehrere parallele (Ritzel- ) Wellen, die jeweils ein oder zwei - in der Regel in als Gehäuseanbauten realisierte Spi¬ ralgehäusen aufgenommene - Laufräder (an freien Wellenenden der Ritzelwellen angeordnete Turbolaufräder) tragen, von ei- nem großen, im Gehäuse gelagerten Antriebszahnrad, einem Großrad, angetrieben werden.
Auch hier, d.h. bei diesen Getriebeverdichtern, ist eine - meist komplexe - Strömungsführung mit entsprechenden Strö- mungsumlenkungen bei dem strömenden Fluid notwendig, um das zu komprimierende Fluid von einer Verdichterstufe - gegebe¬ nenfalls über einen Zwischenkühler - zur nächsten
Verdichterstufe zu leiten. Ein solcher Getriebeverdichter, ein Getriebeverdichter der
Firma Siemens mit der Bezeichnung STC-GC, eingesetzt für die LuftZerlegung, ist aus
http : / /www . energy . Siemens . com/hg/de/verdichtung-expansion- gc . htm (erhältlich am 02.06.2014) bekannt .
Sind bei diesen mehrstufigen Verdichtern, wie den Getriebeverdichtern, - zur Druckerhöhung - mehrere Verdichterstufen hintereinander geschaltet, so ist es erforderlich, das zu komprimierende Fluid - gegebenenfalls über einen Zwischenküh¬ ler - von einer Verdichterstufe zur nächsten zu führen. Hierbei ist eine, meist über mehrere Strömungsumlenkungen führen- de komplexe, Strömungsführung vorgesehen bzw. notwendig, welche strömungstechnischen und/oder bautechnischen Randbedingungen, wie kompakte Bauformen mit kurzen Strömungswegen, sich verändernde/verringernde Strömungsquerschnitte bei strö¬ mungsführenden Leitungen sowie gleichförmige, stetige und wirbelfreie Strömungsverhältnisse beim strömenden Fluid bzw. in den strömungsführenden Leitungen, genügen muss.
Es ist beispielsweise bekannt, die Strömungsumlenkung bei ei¬ ner Strömungsführung zwischen zwei Verdichterstufen eines Ge- triebeverdichters bzw. in einer Saugleitung zu einer
Verdichterstufe des Getriebeverdichters durch einen beschau¬ felten 90° Krümmer mit anschließendem Reduzierstück zu realisieren . Dabei ist der 90° Krümmer in Form von zwei einzelgefertigten, jeweils auf 45° geschnittenen bzw. aus entsprechend zuge¬ schnittenen Blechen hergestellten, (an den 45° Schnittkanten) miteinander verschweißten Hohlzylindern mit gleichen Innenquerschnitten ausgeführt. An den 90° Krümmer schließt sich in Strömungsrichtung des Fluids ein (konzentrisches) Reduzierstück, beispielsweise ein DIN-Teil nach DIN 2616, in Form ei¬ nes (konzentrischen) Konus mit einem Konuswinkel (halber Öffnungswinkel zwischen der Mantellinie und der Konusachse) von ca. 30° an, welcher eine Rohrleitungsnennweite des 90° Krüm- mers bzw. dessen Zuführung auf eine Verdichtersaugnennweite der entsprechenden (in Strömungsrichtung des Fluids nachfolgenden) Verdichterstufe reduziert.
Ist bei einer solchen Strömungsumlenkung mittels des 90° Krümmers der Innendurchmesser an der Naht-/ (90°) Knick-
/Schweißstelle der beiden Krümmerteile/Hohlzylindern groß, sind - drucktechnisch bedingt - dort dicke Wandstärken bei den beiden Krümmerteilen/Hohlzylindern erforderlich. Dicke Wandstärken bei den Krümmerteilen des 90° Krümmers erfordern aber einen erhöhten Materialaufwand bei diesen bzw. diesem, was wiederum kostenungünstig ist. Auch der Verarbeitungsauf¬ wand ist dadurch erhöht.
Darüber hinaus ist eine Querschnittsreduzierung im Reduzierstück mit - einem derart steilen - Konuswinkel von ca. 30° hoch/groß, was strömungstechnisch nachteilig ist.
Aus dem Dokument, „Druckverlust in Segment-Krümmern ohne und mit Gutbeladung", Yoshinobu Morikawa, Osaka, Georg Segler, Stuttgart-Hohenheim, Gründl. Landtechnik Bd. 20 (1970) Nr. 5, sind technische Untersuchungen an 90° Krümmern bei pneumati¬ schen Förderanlagen - mit verschiedenen Ausführungen von 90° Krümmern als gebogene Rohrkrümmer oder als geschweißte Seg¬ mentkrümmer - bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsum- lenkung für eine Strömungsmaschine zu realisieren, welche die Nachteile aus dem Stand der Technik verbessert, insbesondere welche einfach und kostengünstig herstellbar ist sowie eine gleichförmige und wirbelfreie Strömung ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Umlenkung einer Fluidströmung für eine Strömungsmaschine, insbesondere für einen mehrstufigen Verdichter, mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst.
Die Vorrichtung zur Umlenkung einer Fluidströmung für eine Strömungsmaschine, beispielsweise für einen mehrstufigen Ver¬ dichter, sieht zumindest einen Rohrbogen mit konstantem Strömungsquerschnitt und ein strömungstechnisch mit dem Rohrbogen verbundenes rohrförmiges Strömungselement mit sich verändern¬ dem Strömungsquerschnitt vor.
Dabei kann unter (zwei) „strömungstechnisch verbundene (Strö- mungs-/Strömungsführungs-) Elemente" verstanden werden, dass diese zwei Elemente derart miteinander verbunden sind, dass ein Strömungsmedium aus dem ersten Element ausströmen und - unmittelbar oder auch über ein Zwischen ( -Strömungs- /Strömungsführungs- ) element, wie ein Rohr oder Ähnliches, mittelbar - in das andere Element einströmen kann. Kurz und vereinfacht ausgedrückt, das Strömungsmedium fließt vom ers¬ ten - gegebenenfalls über ein Zwischenelement - zum zweiten Element .
Unter Strömungsquerschnitt - bei einem von einem Medium axial längs einer Elementlängsachse bzw. Mittellängsachse/-linie durchströmten Element - kann diejenige von dem Medium (in dem Element) durchströmte (Querschnitts- ) Fläche (an einem Punkt der Elementlängsachse bzw. Mittellängsachse/-linie) verstan¬ den werden, welche (an diesem Punkt) normal zur Elementlängs- achse bzw. Mittellängsachse/-linie ausgerichtet ist und von einer Bewandung des Elements radial nach außen begrenzt wird. Verläuft die Elementlängsachse bzw. Mittellängsachse/-linie gekrümmt, wie beispielsweise bei dem Rohrbogen, so ist (Quer¬ schnitts- ) Fläche an dem Punkt der Elementlängsachse bzw. Mit- tellängsachse/-linie normal zur dortigen Tangente an die (ge¬ krümmte) Elementlängsachse bzw. Mittellängsachse/-linie .
Ein „konstanter" Strömungsquerschnitt bzw. ein „sich verändernder" Strömungsquerschnitt kann so bedeuten, dass sich die längs der Elementlängsachse bzw. Mittellängsachse/-linie je¬ weils ergebenden Querschnittflächen nicht verändern („konstant") bzw. sich verändern. Die Veränderung kann dabei - über den gesamten Längsverlauf der Elementlängsachse bzw. Mittellängsachse/-linie oder über einen (Längs- ) Abschnitt oder mehrere (Längs- ) Abschnitte längs der Elementlängsachse bzw. Mittellängsachse/-linie kontinuierlich oder auch diskontinuierlich, wie in einer oder mehreren Stufe längs der Elementlängsachse bzw. Mittellängsachse/-linie, sein. Alternativ sieht die Vorrichtung zur Umlenkung einer Fluid- strömung für eine Strömungsmaschine, insbesondere für einen mehrstufigen Verdichter, zumindest einen Rohrbogen mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt vor. Vereinfacht ausgedrückt, die Vorrichtung sieht ein einteili¬ ges („Rohrbogen mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt") oder ein mehrteiliges Bauteil („Rohrbogen mit konstantem Strömungsquerschnitt und ein strömungstechnisch mit dem Rohrbogen verbundenes rohrförmiges Strömungselement mit sich ver¬ änderndem Strömungsquerschnitt") vor, welches die zwei Funk¬ tionen, „Strömungsumlenkung" und
„Strömungsquerschnittsveränderung", gleichzeitig (einteilig) oder in Reihe (mehrteilig) in dem Bauteil realisiert.
Die Vorrichtung realisiert so auf einfache und kostengünstige Weise eine Strömungsumlenkung mit
Strömungsquerschnittsanpassung, kann sie auf einfache, kos- tengünstige ( Standard- ) Rohrbogen zurückgreifen. Auch standardisierte Reduzierungsstücke, welche die Vorrichtung als rohr¬ förmiges Strömungselement mit sich veränderndem Strömungs¬ querschnitt vorsehen kann, stehen kostengünstig zur Verfü¬ gung .
Insbesondere bei geforderten Rohrleitungsnennweiten (wie beispielsweise in Saugleitungen zu/zwischen Verdichterstufen bei mehrstufigen Verdichtern) im Bereich von bis zu 600 mm, beispielsweise im Bereich von ungefähr 300 mm bis 600 mm oder 150 mm bis 600 mm, erweist sich die Vorrichtung als kostensparende Lösung, stehen dort diese standardisierten Elemente zur Verfügung.
Sieht die Vorrichtung auch Rohrbogen - mit konstantem Strö- mungsquerschnitt oder mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt - vor, erreicht die Vorrichtung dadurch, dass - anders als bei den bekannten 90° Krümmern und dortigen „scharfen Knickumlenkungen" der Fluidströmung - die Fluidströmung (im Bogen des Rohrbogens) gleichmäßig ( -er) umgelenkt wird, wodurch die Fluidströmung vergleichmäßigt bzw. verstetigt wird und Sekundärstörungen, wie Wirbel, in der Strömung verringert werden. Höhere Wirkungsgrade bei entsprechenden Strö- mungsmaschinen, insbesondere Verdichtern, können so realisiert werden.
Realisieren die vorrichtungsgemäßen Rohrbogen auch kleinere Innendurchmesser als diejenigen, welche sich „knicktechnisch" bei bekannten 90° Krümmern an dortigen Naht-/ (90°) Knick- /Schweißstellen der beiden Krümmerteile/Hohlzylindern ergeben, so sind dadurch bei der Vorrichtung geringere Wandstärken - und so in dessen Folge weniger Material, geringeres Ge- wicht und geringere Kosten realisierbar.
Erfolgt die Strömungsumlenkung und die
Strömungsquerschnittsanpassung, insbesondere eine
Querschnittsreduzierung, durch das vorrichtungsgemäße eintei- lige Bauteil gleichzeitig, so kann die Vorrichtung darüber hinaus auch kompakt und Bauraum sparend bauen, sind zusätzli¬ che, separate (nachfolgend der Strömungsumlenkung zu verbau¬ ende) Querschnittsanpassungen/-anpassstücke, insbesondere Re¬ duzierungen bzw. Reduzierungsstücke, hier nicht mehr notwen- dig.
Erfolgt die Strömungsumlenkung und die
Strömungsquerschnittsanpassung, insbesondere eine
Querschnittsreduzierung, durch das vorrichtungsgemäße mehr- teilige Bauteil (in Strömungsrichtung) hintereinander bzw. in Strömungsrichtung nachfolgend der Umlenkung, so kann die Strömungsquerschnittsanpassung, insbesondere die
Querschnittsreduzierung, in dem rohrförmigen Strömungselement mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt „schlank" bzw. „mild" durchgeführt werden, wodurch Störungen, wie Wirbel, in der Fluidströmung abgebaut bzw. vermieden werden können.
Mit der Vorrichtung lassen sich so insbesondere Saugleitungen bei mehrstufigen Verdichtern, wie bei Getriebeturboverdich- tern, (welche Saugleitungen Strömungsumlenkungen (von einer zur nächsten Verdichterstufe) und
Strömungsquerschnittsanpassungen (an die jeweiligen
Verdichtersaugnennweite) erfordern) , kostengünstig und strö- mungsgünstig (ohne (nennenswerte) Strömungsverluste) gestal¬ ten .
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen und/oder aus nachfolgenden Erläuterungen .
In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Rohrbogen mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt oder der Rohrbogen mit konstantem Strömungsquerschnitt eine Bogenwinkel von ca. 90° auf (90° Rohrbogen), wodurch sich so - auf besonders einfache und Kosten/Bauraum sparende Weise - ein strömungsgünstiger 90° Krümmer (mit 90° Umlenkung/Umlenkwinkel ) realisieren lässt .
Auch andere Bogenwinkel, wie 30°, 45°, 60°, 75°, 105°, 120°, 150° oder 180° - oder auch Zwischenwinkel, - mit entsprechen¬ den Strömungsumlenkungen - sind bei den Rohrbogen realisierbar .
Auch können Rohrbogen - mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt oder mit konstantem Strömungsquerschnitt - mit einem oder zwei verlängerten Schenkel, sogenannte Schenkelbogen, bei der Vorrichtung verwendet werden. Hierdurch lassen sich gegebenenfalls zusätzliche, separate Zwischenstücke bzw. Zwi¬ schenrohrstücke vermeiden, übernimmt der (verlängerte und „integrierte") Bogenschenkel deren Funktion.
Weiter bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die
Strömungsquerschnittsveränderung eine
Strömungsquerschnittsreduzierung ist. Hierdurch lassen sich auf einfache Weise (größere) Rohrleitungsnennweiten auf
(kleinere) Nennweiten, wie beispielsweise auf einer Saugseite von Verdichtern/-stufen, d.h. auf Verdichtersaugnennweite, verringern.
Weiter kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das rohrförmige Strömungselement mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt ein konisches Rohrsegment ist, was bei solchen als Standard¬ rohre verfügbaren konischen Rohren besonders kostengünstig ist. Hierbei erfolgt dann die Querschnittreduzierung kontinu¬ ierlich über die Längserstreckung bzw. der Mittellängsachse/- linie des konischen Rohrsegments, was strömungstechnisch be¬ sonders günstig ist.
Weiter kann ein Konuswinkel (halber Öffnungswinkel zwischen den Mantellinien und der Konusachse) eines solchen konischen Rohrsegments im Bereich von ungefähr 5° bis 25°, insbesondere aus strömungstechnischen Gründen in einem Bereich von ungefähr 7° bis 15°, besonders bevorzugt bei ca. 10° oder ca. 1,5°, liegen, wodurch sich strömungsgünstige „schlanke" bzw. „milde" Querschnittsreduzierungen realisieren und (Sekundär- ) Störungen, wie Wirbel, vermeiden lassen.
Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind der Rohrbogen mit konstantem Strömungsquerschnitt und das strömungs¬ technisch mit dem Rohrbogen verbundene rohrförmige Strömungs- element mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt mittels eines thermischen oder mechanischen Fügeverfahrens miteinander verbunden. Sind die Elemente der Vorrichtung aus Metall, wie Bleche bzw. Blechteile, so sind Schweißverbindungen be¬ sonders geeignet.
Dabei kann auch vorgesehen sein, dass der/die Austrittsquerschnitt/-sfläche des Rohrbogens mit konstantem Strömungsquer¬ schnitt und der Eintrittsquerschnitt/-sfläche des strömungs¬ technisch mit dem Rohrbogen verbundenen rohrförmigen Strö- mungselements mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt gleich ist, wodurch sich bei Verbindung beider Elemente ein stoßfreier bzw. stufenloser, strömungsgünstiger Übergang (ohne Strömungsabrisskante) ergibt. Auch kann vorgesehen sein, dass beide Elemente derart zuei¬ nander verbunden werden/sind, dass deren Mittellängsachsen/- linien eine geradlinige Verlängerung zueinander bilden, wo- durch sich ebenfalls strömungsgünstige Verhältnisse realisie¬ ren lassen.
Nach einer weiteren Weiterbildung kann bei der Vorrichtung der Rohrbogen mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt zusammen mit dem Reduzierelement mit sich verändernden Strö¬ mungsquerschnitt vorgesehen sein, wobei das Strömungselement mit sich verändernden Strömungsquerschnitt strömungstechnisch mit dem Rohrbogen mit sich verändernden Strömungsquerschnitt verbunden ist. Gleiche/identische Aus-/Eintrittsquerschnitt/- sflächen an der Verbindungsstelle und/oder eine geradlinige Verlängerung der Mittelachsen sind bevorzugt realisierbar.
D.h., die Vorrichtung sieht hier das mehr- bzw. zweiteilige Bauteil vor, welches sowohl in/mit ihrem ersten Element
(Rohrbogen) eine Strömungsquerschnittsanpassung (hier auch Strömungsumlenkung) , wie auch in/mit ihrem zweiten Element (Strömungselement) ( (in Reihe) nachfolgend) eine zweite
Querschnittsanpassung realisiert .
Damit lassen sich Querschnittsanpassungen, weil „aufgeteilt" auf zwei Elemente des Bauteils/der Vorrichtung, „mild" bzw. „schlank" realisieren, was - weil Sekundärstörungen vermieden werden können - strömungsgünstig ist - und hohe Wirkungsgrade ermöglicht.
Weiter kann auch vorgesehen sein, dass in einer Strömungsrichtung der Fluidströmung zwischen dem Rohrbogen mit konstantem Strömungsquerschnitt und dem strömungstechnisch mit dem Rohrbogen verbundenen rohrförmigen Strömungselement mit sich verändernden Strömungsquerschnitt ein rohrförmiges Zwi¬ schenelement mit konstantem Strömungsquerschnitt angeordnet ist. Gleiche/identische Aus-/Eintrittsquerschnitt/-sflächen an den Verbindungsstellen und/oder eine geradlinige Verlänge- rung der Mittelachsen sind bevorzugt realisierbar. Anders ausgedrückt, die jeweiligen (Ein-/Austritts-) Querschnitte an den Verbindungsstellen zwischen den Elementen können aufeinander abgestimmt sein. Die Elemente können auch so zueinan- der ausgerichtet und/oder positioniert sein, dass ihre Mit- tellängsachsen/-linien in gerader Verlängerung zueinander ausgerichtet sind.
Ferner kann bevorzugt vorgesehen werden, dass an einem Innenumfang des Rohrbogens mit konstantem Strömungsquerschnitt und/oder des strömungstechnisch mit dem Rohrbogen verbundenen rohrförmigen Strömungselement mit sich verändernden Strömungsquerschnitt und/oder des Rohrbogens mit sich verändern¬ dem Strömungsquerschnitt Strömungsleitelemente, insbesondere gerade strömungsleitende Bleche und/oder gebogene Umlenk¬ schaufeln, angeordnet sind. Entsprechendes kann auch bei ei¬ nem, insbesondere rohrförmigen, Zwischenelement oder anderen zusätzlichen bei der Vorrichtung verbauten Elementen vorgesehen sein.
Insbesondere können so - entsprechend dem Bogen/-verlauf des Rohrbogens angepasste - Strömungsleitbleche im Rohrbogeninne- ren eingesetzt sein/werden.
Hierdurch kann die Strömungsführung in der Vorrichtung verbessert und/oder Sekundärstörungen durch Wirbel im Bereich der Umlenkung/Umlenkungen minimiert werden.
Solche Strömungsleitelemente können beispielsweise über an den Elementen, d.h. Rohrbogen, Strömungselement, Zwischenele¬ ment, vorgesehenen/eingebrachten Schlitzen in die Vorrichtung bzw. in das Innere der Vorrichtung eingeschoben - und anschließend mittels eines Fügeverfahrens, wie eines thermi¬ schen Fügeverfahrens, beispielsweise durch Schweißen, inner¬ halb (beispielsweise durch eine Innenschweißnaht) und/oder außerhalb (beispielsweise durch eine Außenschweißnaht) an der Vorrichtung fixiert werden.
Weiterhin können auch weitere, zusätzliche Anbauteile, wie ein zusätzliches Rohr bzw. eine weitere Rohrführung und/oder eine Reduzierung und/oder Rohrbogen, an der Vorrichtung vorgesehen sein, wodurch sich komplexe Strömungsführungen gege- benenfalls unter Einhaltung komplexer technischer bzw. bautechnischer Randbedingungen, beispielsweise zwischen
Verdichterstufen, realisieren lassen. Auch kann vorgesehen sein, dass der Rohrbogen mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt und/oder der Rohrbogen mit konstantem Strömungsquerschnitt und/oder das strömungstechnisch mit dem Rohrbogen verbundene rohrförmige Strömungselement mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt aus einer Metallver- bindung bestehen/-t. Bleche/Blechteile sind besonders bevor¬ zugt verwendbar, sind solche Teile kostengünstig beziehbar. Stahl oder Edelstahlelemente sind auch verwendbar.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung in einer Saugleitung einer
Verdichterstufe eines mehrstufigen Verdichters, insbesondere eines Getriebeverdichters angeordnet ist. Die Vorrichtung kann so - auf besonders einfache, kostengünstige, kompakt bauende und strömungsgünstige Weise - die Strömung lenken und deren Querschnitt von Rohrleitungsnennweite auf
Verdichtersaugnennweite reduzieren .
Anders ausgedrückt, es wird ein mehrstufiger Verdichter, ins¬ besondere ein Getriebeverdichter, realisiert, welcher zumin- dest eine der Vorrichtungen zur Umlenkung einer Fluidströmung gegebenenfalls inklusive der beschriebenen Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen aufweist.
Auch ist die Vorrichtung für andere Arten von Strömungsma- schinen, wie Turbinen, zur dortigen Strömungsführung, beispielsweise zwischen Turbinenstufe, einsetzbar.
Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammenge- fasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung von einem oder mehreren Ausführungsbeispielen, das bzw. die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert wird bzw. werden.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in dem bzw. den Aus- führungsbeispielen angegebene Kombination von Merkmalen beschränkt, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. So können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbei¬ spiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausfüh¬ rungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht werden.
Funktions-/bauartgleiche bzw. identische Elemente oder Kompo¬ nenten weisen in den Ausführungsbeispielen bzw. Figuren gleiche Bezugszeichen auf.
Es zeigen
FIG 1 einen beschaufelten Rohrbogen mit anschließender
schlanker Einlaufreduzierung in einer Saugleitung bei einem mehrstufigen Getriebeverdichter und
FIG 2 einen beschaufelten Rohrbogen mit gleichzeitiger
Querschnittsreduzierung in einer Saugleitung bei einem mehrstufigen Getriebeverdichter.
Ausführungsbeispiel: Beschaufelten Rohrbogen mit anschließender schlanker Einlaufreduzierung in einer Saugleitung bei einem mehrstufigen Getriebeverdichter (FIG 1) Um ein Prozessmedium 2, d.h. ein Prozessgas 2, bei einem mehrstufigen Getriebeverdichter 3 aus einem Zwischenkühler 26 zwischen zwei Verdichterstufen 28, 29, d.h. (in allgemeiner Nomenklatur) einer ersten 28 und einer nachfolgenden zweiten Verdichterstufe 29, des Getriebeverdichters 3 zur Saugseite 27 der zweiten Verdichterstufe 29 zu führen, ist aus Aufstel¬ lungsgründen bzw. bautechnischen Gründen eine Strömungsführung des Prozessgases 2 mit einer Strömungsumlenkung um 90° notwendig .
Diese Strömungsführung bzw. die 90° Strömungsumlenkung ist möglichst kompakt mit geringen Abmessungen und strömungsgüns¬ tig zu realisieren, um den Getriebeverdichter 3 selbst kompakt bauend und kostengünstig sowie mit hohem Wirkungsgrad zu gestalten.
Darüber hinaus ist bei der Strömungsführung zwischen der ersten und der zweiten Verdichterstufe 28, 29 die Rohrleitungs¬ nennweite 24 auf die Verdichtersaugnennweite 25 der zweiten Verdichterstufe 29 zu reduzieren, um darüber die Strömungs¬ führung an die zweite Verdichterstufe 29 und dortiger
Verdichtersaugnennweite 25 der Saugleitung 21 anzuschließen.
Weiterhin soll die Prozessgasströmung nach der 90° Umlenkung gleichförmig, ohne störende Wirbel in die Verdichtersaugseite 27 der zweiten Verdichterstufe 29 geführt werden, um dadurch eine gleichmäßige Anströmung von Laufrädern (nicht gezeigt) dieser Verdichterstufe 29 und einen hohen Wirkungsgrad der Verdichterstufe 29 bzw. des Getriebeverdichters 3 zu gewähr- leisten.
FIG 1 zeigt einen Ausschnitt aus der Strömungsführung mit ei¬ nem beschaufelten Rohrbogen 4 mit anschließender schlanker Einlaufreduzierung 8 (zusammen ( Strömungsumlenkungs- )Vorrichtung 1) in der Saugleitung 21 zwischen der ersten und der zweiten Verdichterstufe 28, 29 bei dem mehrstufigen Ge¬ triebeverdichter 3, welcher auf einfache und kostengünstige Weise genannte Anforderungen realisiert. Wie FIG 1 zeigt, weist die Strömungsführung bzw. die Strö- mungsumlenkungsvorrichtung 1 einen beschaufelten Rohrbogen 4 sowie eine schlanker Einlaufreduzierung 8 auf, wobei zwischen dem beschaufelten Rohrbogen 4 und der schlanken Einlaufreduzierung 8 ein gerades und kurzes Zwischenrohr 19 angeord¬ net/eingefügt ist.
Alternativ kann (nicht dargestellt) dieses gerade Zwischen- rohr 19 auch durch einen verlängerten und „integrierten"
Rohrbogenschenkel bei dem beschaufelten Rohrbogen 4 reali¬ siert sein.
Rohrbogen 4, Zwischenrohr 19 und Einlaufreduzierung 8 sind jeweils aus Stahl. Die Verbindungen zwischen dem Rohrbogen 4 und dem gerades Zwischenrohr 19 bzw. gerades Zwischenrohr 19 und Einlaufreduzierung 8 sind jeweils Schweißverbindungen.
Der Rohrbogen 4 besitzt einen 90° Bogen 12 - realisiert da- durch eine 90° Strömungsumlenkung 37 - mit konstantem Strömungsquerschnitt von ca. 300 mm (hier auch Rohrleitungsnennweite 24 ) .
D.h., über die Strömungseintrittsöffnung bzw. den Eintritts- querschnitt 5 von ca. 300 mm tritt/strömt das Prozessgas 2 - axial der Mittellängsachse/-line 7 bzw. in Strömungsrichtung 32 in den Rohrbogen 4 ein, wird im 90° Bogen 12 (axial der Mittellängsachse/-line 7) (geführt auch durch gebogene Um¬ lenkschaufeln 18) umgelenkt und strömt (axial der Mittel- längsachse/-line 7 bzw. in Strömungsrichtung 32) über die Strömungsaustrittsöffnung bzw. den Austrittsquerschnitt 6 von (wieder) ca. 300 mm aus.
Unmittelbar anschließend tritt/strömt das Prozessgas 2 über die Strömungseintrittsöffnung bzw. den Eintrittsquerschnitt 15 von ca. 300 mm - axial der Mittellängsachse/-line 20 bzw. in Strömungsrichtung 32 in das Zwischenrohr 19 ein, durchströmt dieses (geführt auch durch gerade Strömungsleitbleche 18) axial der Mittellängsachse/-line 20, in gerader Richtung und strömt (axial der Mittellängsachse/-line 20 bzw. in Strö¬ mungsrichtung 32) über die Strömungsaustrittsöffnung bzw. den Austrittsquerschnitt 16 von (wieder) ca. 300 mm aus, um von dort unmittelbar anschließend über die Strömungseintrittsöff¬ nung bzw. den Eintrittsquerschnitt 9 von ca. 300 mm - axial der Mittellängsachse/-line 20 bzw. in Strömungsrichtung 32 in die Einlaufreduzierung 8 einzutreten/-strömen . Die Einlaufreduzierung 8 - wie FIG 1 zeigt in Form bzw. gebildet durch ein konisches Rohr - weist einen Konuswinkel ( ) 36 von ca. 10° auf, wodurch die Strömungseintrittsöffnung bzw. der Eintrittsquerschnitt 9 von ca. 300 mm über eine Län¬ ge (des konischen Rohrs) von ca. 287,56 mm auf einen Endquer- schnitt bzw. eine Strömungsaustrittsöffnung bzw. Austrittsquerschnitt 10 von ca. 200 mm (Verdichtersaugnennweite 25) reduziert wird.
Durch diese Ausführung werden 90° Strömungsumlenkung 37 und Reduzierung des Strömungsquerschnitts (von der anfänglichen Rohrleitungsnennweite 24, hier 300 mm, auf die
Verdichtersaugnennweite 25, hier 200 mm) strömungsgünstig, einfach und kostengünstig sowie kompakt und platzsparend rea¬ lisiert .
Des Weiteren realisiert der (90°) Rohrbogen 4 bzw. der 90° Bogen 12 einen (konstant) kleinen bzw. verkleinerten Strömungsquerschnitt 17, was den Materialaufwand - da dünnere Wandstärken bei dem Rohrbogen 4 möglich sind - bei dem Rohr- bogen 4 verringert und dadurch auch dessen Kosten und Verarbeitungsaufwand reduziert. Entsprechendes gilt für das nach¬ folgende gerade und kurze Zwischenrohr 19 wie auch für die schlanke Einlaufreduzierung 8. Zur Verbesserung der Strömungsführung und um Sekundärstörungen durch Wirbel im Bereich der Umlenkung - und im
strömungsabwärtigen Verlauf - zu minimieren, werden bzw.
sind, wie FIG 1 verdeutlicht, dem Strömungsverlauf folgende, gebogene Umlenkschaufeln 18 im Bereich des 90° Bogens 12 des Rohrbogens 4 sowie dem Strömungsverlauf folgende, gerade Strömungsleitbleche 18 in dem geraden und kurzen Zwischenrohr 19 eingesetzt.
Dazu werden - über den ( Innen- ) Umfang 17 im Bereich des Bogens 12 gleichmäßig verteilte - Schlitze 31 in den Rohrbogen 4 eingebracht, in welche die gebogenen Umlenkschaufeln 18 ins Innere des Rohrbogens 4 eingeschoben - und durch Innenver- schweißung an dem Rohrbogen 4 fixiert werden.
Entsprechend sind auch die in dem geraden und kurzen Zwischenrohr 19 eingebrachten geraden Strömungsleitbleche 18 dort in gleichmäßig über den ( Innen- ) Umfang 17 verteilten Schlitzen 31 durch Innenverschweißung gehalten.
So strömt das Prozessgas 2 über die Eintrittsöffnung 5 am Rohrbogen 4 (über dortigem Rohrleitungsnennweitenquerschnitt 24 von ca. 300 mm) in den 90° Bogen 12 ein, wird dort - ge- führt durch die Umlenkschaufeln 18 - gleichmäßig, ohne
Verwirbelungen um 90° umgelenkt, durchströmt geführt durch die Strömungsleitbleche 18 das Zwischenrohr 19 und die Ein¬ laufreduzierung 8 gleichmäßig und ohne Verwirbelungen - und strömt über die Austrittsöffnung 10 (über dortigem
Verdichtersaugnennweitenquerschnitt 25 von ca. 1069 mm) an der Einlaufreduzierung 8 aus der Umlenkvorrichtung 1 aus.
Die Einlaufreduzierung 8 ist, wie FIG 1 auch zeigt, über ein kurzes, zylindrisches, unmittelbar (in Strömungsrichtung) nach der Einlaufreduzierung 8 angeordnetes Rohrstück 33, welches ebenfalls den Verdichtersaugnennweitenquerschnitt 25 von ca. 200 mm aufweist, an einen Saugstutzen 34 an der Saugseite 27 der zweiten Verdichterstufe 29 angeflanscht. Durch diese in FIG 1 gezeigte, kostengünstige, geringen Mate¬ rialaufwand und Schweißaufwand benötigende, strömungsgünstige Strömungsumlenkung mit Reduzierung des Strömungsquerschnitts bzw. Umlenkvorrichtung 1 können Saugleitungen von Getriebe- Verdichtern kompakter und kostengünstiger sowie strömungsgünstiger gestaltet werden. Hierdurch ist es möglich, den GesamtaufStellungsraum von Getriebeverdichtern bzw. Anlagen zu verringern und dadurch weitere Kosten zu sparen.
Ausführungsbeispiel: Beschaufelten Rohrbogen mit gleichzeiti¬ ger Querschnittsreduzierung in einer Saugleitung bei einem mehrstufigen Getriebeverdichter (FIG 2)
FIG 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer alternativen Strö¬ mungsführung bei der Saugleitung 21 des Getriebeverdichters 3 (aus FIG 1), welche alternative Strömungsführung, d.h. die Umlenkvorrichtung 1, - wie auch die aus FIG 1 - auf einfache und kostengünstige Weise die genannten Anforderungen an sol¬ che Strömungsführungen, wie kompakte Bauweise, strömungsgüns¬ tig, Material sparend, einfach bauend, kostengünstig, hoher Wirkungsgrad, realisiert. Auch diese Alternative, in der Saugleitung 21 zwischen der ersten und der zweiten Verdichterstufe 28, 29 bei dem mehr¬ stufigen Getriebeverdichter 3 eingebaute Strömungsführung bzw. Umlenkvorrichtung 1, d.h. ein beschaufelten Rohrbogen mit gleichzeitiger Querschnittsreduzierung 13, realisiert die (Strömungs-) Umlenkung, hier auch 90° Umlenkung, und (Strö- mungs- ) Querschnittreduzierung in integrierter Weise.
Wie FIG 2 zeigt, weist dazu der Rohrbogen 13 eine
(längs/axial der Mittellängsachse/-linie 7) kontinuierliche Strömungsquerschnittreduzierung auf, durch welche die Strömungseintrittsöffnung bzw. der Eintrittsquerschnitt 5 von ca. 300 mm (hier auch Rohrleitungsnennweite 24) auf die Strö¬ mungsaustrittsöffnung bzw. den (Strömungs- ) Austrittsquerschnitt 6 von ca. 200 mm (hier
Verdichtersaugnennweite 25) reduziert wird.
D.h., über die Strömungseintrittsöffnung bzw. den Eintrittsquerschnitt 5 von ca. 300 mm tritt/strömt das Prozessgas 2 - axial der Mittellängsachse/-line 7 bzw. in Strömungsrichtung 32 in den Rohrbogen 13 ein, wird im 90° Bogen 14 des Rohrbogens 13 (axial der Mittellängsachse/-line 7) (geführt auch durch gebogene Umlenkschaufeln 18) umgelenkt und strömt (axi- al der Mittellängsachse/-line 7 bzw. in Strömungsrichtung 32) über die Strömungsaustrittsöffnung bzw. den Austrittsquerschnitt 6 von ca. 200 mm (hier Verdichtersaugnennweite 25) aus . Durch diese Ausführung werden 90° Strömungsumlenkung 37 und Reduzierung des Strömungsquerschnitts (von der anfänglichen Rohrleitungsnennweite 24, hier 300 mm, auf die
Verdichtersaugnennweite 25, hier 200 mm) strömungsgünstig, einfach und kostengünstig sowie kompakt und platzsparend durch die Umlenkvorrichtung 1 realisiert.
Des Weiteren realisiert der (90°) Rohrbogen 13 bzw. 90° Bogen 14 einen (sich kontinuierlich verringernden) kleinen bzw. verkleinerten Strömungsquerschnitt 17, was den Materialauf- wand - da dünnere Wandstärken bei dem Rohrbogen 13 möglich sind - bei dem Rohrbogen 13 verringert und dadurch auch des¬ sen Kosten und Verarbeitungsaufwand reduziert.
Zur Verbesserung der Strömungsführung und um Sekundärstörun- gen durch Wirbel im Bereich der Umlenkung zu minimieren, werden bzw. sind, wie FIG 1 verdeutlicht, dem Strömungsverlauf folgende, gebogene Umlenkschaufeln 18 im Bereich des 90° Bo¬ gens 14 des Rohrbogens 13 eingesetzt. Dazu werden - über den ( Innen- ) Umfang 17 im Bereich des Bogens 14 gleichmäßig verteilte - Schlitze 31 in den Rohrbogen 13 eingebracht, in welche die gebogenen Umlenkschaufeln 18 ins Innere des Rohrbogens 4 eingeschoben - und durch Innen- verschweißung an dem Rohrbogen 13 fixiert werden.
So strömt das Prozessgas 2 über die Eintrittsöffnung 5 am Rohrbogen 13 (über dortigem Rohrleitungsnennweitenquerschnitt 24 von ca. 300 mm) in den 90° Bogen 14 ein, wird dort - ge- führt durch die Umlenkschaufeln 18 - gleichmäßig, ohne
Verwirbelungen um 90° umgelenkt - und strömt über die Aus¬ trittsöffnung 6 (über dortigem
Verdichtersaugnennweitenquerschnitt 25 von ca. 200 mm) am Rohrbogen 13 aus der Umlenkvorrichtung 1 aus.
Der Rohrbogen 13 ist, wie FIG 1 auch zeigt, über ein kurzes, zylindrisches, unmittelbar (in Strömungsrichtung) nach dem Rohrbogen 13 angeordnetes Rohrstück 33, welches ebenfalls den Verdichtersaugnennweitenquerschnitt 25 von ca. 200 mm auf¬ weist, an einen Saugstutzen 34 an der Saugseite 27 der zweiten Verdichterstufe 29 angeflanscht.
Durch diese Ausführung werden 90° Strömungsumlenkung 37 und Reduzierung des Strömungsquerschnitts (von der anfänglichen Rohrleitungsnennweite 24, hier 300 mm, auf die
Verdichtersaugnennweite 25, hier 200 mm) strömungsgünstig in ein Element, welches darüber hinaus kompakt und platzsparend baut, integriert.
Ein zusätzliches, Bauraum benötigendes und gegebenenfalls strömungsungünstiges Reduzierstück, welches - erst nach der Umlenkung - für eine Reduzierung des Strömungsquerschnittes auf Verdichtersaugnennweitenquerschnitt sorgen müsste, ist damit nicht mehr notwendig, tritt das Prozessgas 2 schon mit Verdichtersaugnennweite 25 aus dem Rohrbogen 13 aus.
Durch diese in FIG 2 gezeigte, kostengünstige, geringen Mate¬ rialaufwand und Schweißaufwand benötigende, strömungsgünstige Strömungsumlenkung mit gleichzeitiger Reduzierung des Strömungsquerschnitts bzw. Umlenkvorrichtung 1 können Saugleitungen von Getriebeverdichtern kompakter und kostengünstiger sowie strömungsgünstiger gestaltet werden. Hierdurch ist es möglich, den GesamtaufStellungsraum von Getriebeverdichtern bzw. Anlagen zu verringern und dadurch weitere Kosten zu sparen . Obwohl die Erfindung im Detail durch das bzw. die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hie- raus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Umlenkung einer Fluidströmung (2) für eine Strömungsmaschine (3) , insbesondere für einen mehrstufi- gen Verdichter (3) , mit zumindest
einem Rohrbogen mit konstantem Strömungsquerschnitt (4) und einem strömungstechnisch mit dem Rohrbogen (4) verbundenen rohrförmigen Strömungselement mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt (8)
oder mit zumindest
einem Rohrbogen mit sich veränderndem Strömungsquerschnitt (13) .
2. Vorrichtung (1) zur Umlenkung einer Fluidströmung (2) nach Anspruch 1,
bei der der Rohrbogen mit konstantem Strömungsquerschnitt (4) oder der Rohrbogen mit sich verändernden Strömungsquerschnitt (13) ein 90° Rohrbogen ist.
3. Vorrichtung (1) zur Umlenkung einer Fluidströmung (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
bei der die Strömungsquerschnittsveränderung eine
Strömungsquerschnittsreduzierung ist .
4. Vorrichtung (1) zur Umlenkung einer Fluidströmung (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
bei der das Strömungselement mit sich veränderndem Strömungs¬ querschnitt (8) ein konisches Rohr ist.
5. Vorrichtung (1) zur Umlenkung einer Fluidströmung (2) nach mindestens dem voranstehenden Anspruch,
bei dem ein Konuswinkel (36) des konischen Rohrs (8) im Be¬ reich von ungefähr 5° bis 25°, insbesondere in einem Bereich von ungefähr 7° bis 15°, liegt.
6. Vorrichtung (1) zur Umlenkung einer Fluidströmung (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
mit dem Rohrbogen mit sich verändernden Strömungsquerschnitt (13) und dem Reduzierelement mit sich verändernden Strömungs- querschnitt (8), wobei das Strömungselement mit sich verän¬ dernden Strömungsquerschnitt (8) strömungstechnisch mit dem Rohrbogen mit sich verändernden Strömungsquerschnitt (13) verbunden ist.
7. Vorrichtung (1) zur Umlenkung einer Fluidströmung (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
bei der in einer Strömungsrichtung (32) der Fluidströmung (2) zwischen dem Rohrbogen mit konstantem Strömungsquerschnitt (4) und dem strömungstechnisch mit dem Rohrbogen (4) verbun- denen rohrförmigen Strömungselement mit sich verändernden
Strömungsquerschnitt (8) ein rohrförmiges Zwischenelement mit konstantem Strömungsquerschnitt (19) angeordnet ist.
8. Vorrichtung (1) zur Umlenkung einer Fluidströmung (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
- bei der an einem Innenumfang (17) des Rohrbogens mit
konstantem Strömungsquerschnitt (4) und/oder des strö¬ mungstechnisch mit dem Rohrbogen (4) verbundenen rohrförmigen Strömungselement mit sich verändernden Strö- mungsquerschnitt (8) Strömungsleitelemente (18), insbe¬ sondere gerade strömungsleitende Bleche (18) und/oder gebogene Umlenkschaufeln (18), angeordnet sind,
oder
- bei der an einem Innenumfang (17) des Rohrbogens mit
sich verändernden Strömungsquerschnitt (13) Strömungs¬ leitelemente (18), insbesondere gerade strömungsleitende Bleche (18) und/oder gebogene Umlenkschaufeln (18), angeordnet sind
9. Vorrichtung (1) zur Umlenkung einer Fluidströmung (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
angeordnet in einer Saugleitung (21) einer Verdichterstufe (29) eines mehrstufigen Verdichters (3), insbesondere eines Getriebeverdichters (3) .
10. Mehrstufiger Verdichter (3), insbesondere Getriebeverdichter (3), mit zumindest einer Vorrichtung (1) zur Umlen- kung einer Fluidströmung (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche.
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