WO2016082979A1 - Verdichter mit einem dichtkanal - Google Patents

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WO2016082979A1
WO2016082979A1 PCT/EP2015/072258 EP2015072258W WO2016082979A1 WO 2016082979 A1 WO2016082979 A1 WO 2016082979A1 EP 2015072258 W EP2015072258 W EP 2015072258W WO 2016082979 A1 WO2016082979 A1 WO 2016082979A1
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rotor
compressor
housing
radial
axial
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PCT/EP2015/072258
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alister Clay
Roger Tresch
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Priority to US15/523,838 priority patent/US20170321713A1/en
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    • F04D17/105—Centrifugal pumps for compressing or evacuating with double suction
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    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
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    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • F16J15/4472—Labyrinth packings with axial path

Definitions

  • the invention relates to a compressor according to claim 1.
  • DE 10 2012 012 540 A1 discloses a turbocompressor in the prior art which has a first compressor stage with a first compressor wheel and a second compressor stage with a second compressor wheel.
  • the first and the second compressor wheel are arranged on a common shaft and the shaft is mounted without contact. Between the first and the second
  • Compressor stage is formed a sealing gap.
  • a groove is provided in the housing.
  • the compressor wheel has a flange which engages in the groove.
  • the object of the invention is to provide a compressor having an improved sealing of the sealing channel.
  • the object of the invention is achieved by the compressor according to claim 1.
  • the proposed compressor has the advantage that the formation of the sealing channel between a compression chamber and a region with a lower pressure is improved. In particular, there is an axial force on the rotor reduced. In addition, the leakage is reduced via the sealing channel. Furthermore, the rotational resistance of the rotor is relatively low.
  • the sealing channel has at least two throttle sections, wherein seen in each of the two throttle sections in the flow direction from the compressor chamber to the region with the lower pressure first a first section with a reduction in the cross section of the sealing channel and then a second section an enlargement of the cross section of the sealing channel is provided.
  • the first section accelerates the leakage current.
  • the second section slows down and decreases the pressure of the leakage flow.
  • the rotor and the housing each have a contour, which are formed in the form of steps.
  • the steps are designed and arranged in such a way that the two throttle sections are realized.
  • This embodiment has the advantage that stepped contours can be produced easily and inexpensively and can precisely realize the desired function of the two throttle sections.
  • the contours are in the form of a rising staircase and the shape of a descending staircase, which are respectively associated with each other to represent the two throttle sections.
  • a first contour has the shape of a radial web and the second contour has the form of a radial recess.
  • the web engages in the recess.
  • both the radial and the axial distances between the contours can be used to form the first and the second section of the throttle sections.
  • the recess in the radial direction can be limited by different high side walls become.
  • the web can be defined in the axial direction of two differently high side walls.
  • the first portion of a throttle section is seen by a radial with respect to a rotational axis of the rotor
  • the second section of the throttle section is realized by an axial distance between the rotor and the housing viewed in the axial direction parallel to the axis of rotation of the rotor. In this way, the formation of the throttle sections is realized by means of a compact contour.
  • At least three or more throttle sections seen in the flow direction are formed successively in the sealing channel. This achieves a reduction of the leakage over the sealing gap.
  • the formation of the contours in the form of a recess and a web a very small leakage with low rotational resistance and a high axial force is achieved.
  • the web which engages in the recess, starting from the housing or from the rotor on a first portion, which merges into a second portion in the radial direction.
  • the first portion has a smaller width than the second portion.
  • the second portion of the web on a radially end face arranged, annular first surface which is associated with a radially end face arranged annular second surface of the recess.
  • the first and the second surface are in particular arranged parallel to one another. In this way, a further improvement of the seal is achieved.
  • the rotor has a first compressor wheel on a first side and a second compressor wheel on a second, opposite side.
  • a low pressure stage and a high pressure stage can be realized by means of the two compressor wheels.
  • an optimization of the sealing channel is achieved by the proposed contours.
  • the compressor wheel can be mounted without contact in the housing, wherein the sealing channel is formed in the region of the bearing.
  • a sealing element which represents at least one side of a throttle section or a side of a first or second section of a throttle section.
  • the sealing element is formed of a softer material than the housing or the compressor wheel.
  • the sealing element is formed on the housing, wherein a radial recess is formed on the sealing element, and wherein on the rotor a radial web is formed, which engages in the recess of the sealing element.
  • the compressor may be designed as a turbo compressor.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a compressor with a rotor with a compressor wheel on one side
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a compressor with a rotor with two compressor wheels
  • FIG. 3 shows an embodiment of a rotor which is mounted on a shaft
  • FIG. 4 shows an embodiment of a compressor, wherein a sealing element is formed on the rotor
  • FIGS. 6 to 10 show various embodiments of contours between the housing and the rotor
  • Figures 1 1 to 14 different embodiments of contours in the form of a web and a recess for the realization of the sealing channel
  • Fig. 18 is an enlarged view of the sealing channel of the embodiment of Fig. 17, and
  • FIG. 19 shows a further embodiment of a compressor.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a part of a compressor 1 which has a housing 2 and a rotor 3.
  • the rotor 3 is formed rotationally symmetrical to a rotation axis 4.
  • the rotor 3 has on a first side a first compressor wheel 5 with rotor blades. Between the first
  • the first compression chamber 6 has in the illustrated embodiment, an annular first intake passage 7. If the rotor 3 rotates about the axis of rotation 4, a medium is sucked in via the first intake channel 7, compressed by the first compressor wheel 5 and discharged via a first compression channel 8. Between a radial outer side 9 of the rotor 3 and an associated inner side 10 of the housing 2, a sealing channel 1 1 is formed, which connects the first compression chamber 6 with a region having a lower pressure 12.
  • the rotor 3 may be rotatably supported by a non-contact bearing in the housing 2, for example in the region of the sealing channel 1 1.
  • the rotor 3 may be connected to a shaft, not shown, which is arranged in the axis of rotation 4 and is rotatably mounted on the housing 2.
  • Fig. 2 shows an embodiment of a compressor 1, which is constructed according to the compressor of Fig. 1, but wherein the rotor 3 has on a second side a second compressor wheel 13 with second blades.
  • a second compressor wheel 13 between the second compressor wheel 13 and the housing 2, a second
  • Compressor chamber 14 is formed. Furthermore, the second compressor chamber 14 is formed. Furthermore, the second compressor chamber
  • a second intake passage 15 is provided in the housing 2.
  • the second compressor wheel 13 is rotationally symmetrical to the axis of rotation 4.
  • the second compression chamber 14 is connected via the sealing channel 1 1 with the first compression chamber 6.
  • the second intake passage 15 with the first compression channel 8 via a line in
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an embodiment of a compressor 1 according to FIG. 2 with a rotor 3 with two compressor wheels 5, 13, which are arranged on opposite sides.
  • the rotor 3 is rotatably mounted on the housing 2 via a shaft 19 in this embodiment.
  • the embodiment of FIG. 1 with a rotor 3 with only a first compressor wheel 5 can be mounted on the housing 2 via a corresponding shaft 12.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of the embodiment of the compressor of Fig. 2, wherein on the rotor 3 in the region of the sealing channel 1 1, an annular sealing element 17 is provided, which engages in an annular recess 18 of the housing 2.
  • the sealing element 17 is formed, for example, from a different material than the rotor 3. In particular, a softer material can be used for the formation of the sealing element 17 in order to improve the desired sealing function.
  • the sealing element 17 may consist of a plastic material.
  • the sealing element 17 may also be provided in a compressor 1 with a rotor 3 with only a first compressor wheel 5 according to the embodiment of FIG.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the compressor of FIG.
  • annular sealing element 17 is formed on an inner side 10 of the housing 2.
  • the sealing element 17 engages in an annular second recess 18 of the outer side 9 of the rotor 3.
  • the compressor 1 of FIG. 1 with a rotor 3 only a first compressor wheel 5 may also have a sealing element 17 and a recess 18 according to FIG. 5.
  • FIGS. 6 to 10 show various stepped contours 21, 22 of the inner side 10 of the housing 2 and of the outer side 9 of the rotor 3, which are assigned to one another. Depending on the chosen embodiment, each contour
  • each contour 21, 22 may be realized by the rotor 3 or by the housing 2.
  • each contour 21, 22 can be realized at least partially or completely by a sealing element 17 or have a sealing element 17 which is connected to the housing 2 or to the rotor 3.
  • FIG. 6 shows an enlarged, schematically represented section of the sealing channel 1 1, which is formed between a first and a second contour 21, 22. 6 shows a cross section through a plane of the rotation axis 4. Both the first and the second contour are rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation 4 is formed.
  • the rotation axis 4 may be arranged below the second contour 2, for example.
  • the second contour 22 is represented by the rotor 3 or a sealing element of the rotor 3.
  • the first contour 21 is represented by the inside of the housing 2 or at least partially by a sealing element of the housing 2.
  • the axis of rotation 4 may also be arranged above the first contour 21.
  • the first contour 21 is represented by the rotor 3 or at least partially a sealing element of the rotor 3.
  • the second contour 22 is represented by an inner side of the housing 2 or at least partially by a sealing element of the housing 2.
  • the first contour 21 has an annular ridge 24 in cross-section in a flow direction 23 from a region with a higher pressure in the direction of a region with a lower pressure.
  • the region with the higher pressure can pass through the first compressor chamber 6 in the case of a rotor 3 with only a first compressor wheel 5 or through the second compressor chamber 14 in the case of a rotor 3.
  • 3 tor with a first and a second compressor 5,13 are shown.
  • the web 24 has the same radial height on both sides.
  • the second contour 22 has a radial recess in the form of a groove 28.
  • the groove 28 is in the axial direction, that is parallel to the axis of rotation 4 wider than the web 24.
  • the web 24 projects in the radial direction in the groove 28 in.
  • the first contour 21, viewed in the axial direction, has in the flow direction 23 a first annular surface 31, a second annular surface 32 and a third annular surface 33.
  • the first and third annular surfaces 31, 33 are arranged at the same radial distance from the axis of rotation 4.
  • the second annular surface 32 limits the
  • the second contour 22 has, viewed in the axial direction in the flow direction 23, a further first, second and third annular surface 41, 42, 43.
  • the first and second further annular surfaces 41, 42 are arranged at the same radial distance with respect to the axis of rotation 4.
  • the second further annular surface 42 defines the groove 28, wherein the second further annular surface 42 a greater or lesser distance than the further first and further third annular surface 41, 43 in
  • the web 24 has a first axial annular surface 35 and an opposite second axial annular surface 36, wherein the first axial annular surface 35 upstream with respect to the flow direction 23 opposite the second axial annular surface 36 is arranged.
  • the groove 28 is bounded by a first and a second axial annular surface 45, 46.
  • the first axial annular surface 45 is arranged upstream with respect to the flow direction 23 with respect to the second axial annular surface 46.
  • the contours 21, 22 can be divided in the axial direction into five sections 51, 52, 53, 54, 55.
  • the first portion 51 extends in the flow direction 23 to the further first axial annular surface 45.
  • the second portion 52 extends in the axial direction from the axial annular surface 45 to the first axial annular surface 35.
  • the third portion 53 extends from the first axia
  • the fourth portion 54 extends from the second axial annular surface 36 to the further second axial annular surface 46.
  • the fifth portion 55 extends from the further second axial annular surface 46 to the end of the first and second Contour 21, 22.
  • the radial distances 71, 72, 73 between the contours are decisive for influencing the flow in the sealing channel 11.
  • the axial distances 81, 82 between the side surfaces of the contours are essential for influencing the flow.
  • the radial distances between the contours 21, 22 in the first, third and fifth sections 51, 53, 55 and the axial distances between the contours 21, 22 in the second and fourth sections 52, 54 can be selected accordingly, to provide at least two, preferably three throttle sections.
  • the radial distances 71, 72, 73 of the first, third and fifth sections between the contours 21, 22 can be selected to be smaller than the axial distances 81, 82 between the contours 21, 22 in the second and fourth sections 52, 54
  • the axial and radial distances 71, 72, 73, 81, 82 between the contours 21, 22 may be determined in various variations to realize the desired throttle sections.
  • the axial and / or radial distances 71, 72, 73, 81, 82 can be in the range between 10 and 500 ⁇ m or more.
  • the length of the sealing channel 1 1 in the range between 1 and 15 mm or more.
  • the division of the sections in FIG. 6 can be selected in such a way that the web 24 fills approximately one third of the length of the sealing channel and the areas laterally of the web 24 each fill one third of the sealing channel 11.
  • good results at an axial distance 81, 82 in the second and fourth sections 52, 54 of 100 to 200 ⁇ m and a radial distance 71, 72, 73 in the first, third and fifth sections 51, 53, 55 are between 10 and 30 ⁇ m reached.
  • the axial and radial distances can be chosen differently or equally large in the sections. Experiments have shown that good results are achieved with equal radial distances and / or equal axial distances.
  • Fig. 7 shows a further embodiment of the sealing channel 1 1, wherein the first contour 21 seen in the flow direction 23 has a step contour with a decreasing thickness and the second contour 22 has a step contour with increasing thickness.
  • the first and second contours 21, 22 are rotationally symmetrical to the axis of rotation 4.
  • the first contour 21, viewed in the axial direction, has in the flow direction 23 a first annular surface 31, a second annular surface 32 and a third annular surface 33.
  • the first radial annular surface 31 merges via a first axial annular surface 35 into the second radial annular surface 32.
  • the second radial annular surface 32 merges via a second axial annular surface 36 into the third radial annular surface 33.
  • the axis of rotation 4 is arranged in the middle of the second contour 22.
  • the annular surfaces 31, 32, 33 are aligned parallel to the axis of rotation 4.
  • the first annular surface 31 has a smaller distance from the axis of rotation 4 than the second annular surface 32.
  • the third annular surface 33 has a greater distance from the axis of rotation 4 than the second annular surface
  • the second contour 22 has, viewed in the axial direction in the flow direction 23, a further first, second and third annular surface 41, 42, 43.
  • the further first radial annular surface 41 merges via a further first axial annular surface 45 into the further second radial annular surface 42.
  • the further second radial annular surface 42 merges via a further second axial annular surface 46 into the further third radial annular surface 43.
  • the contours 21, 22 can be divided in the axial direction into five sections 51, 52, 53, 54, 55.
  • the first portion 51 extends in the flow direction 23 to the further first axial annular surface 45.
  • the second portion 52 extends in the axial direction from the axial annular surface 45 to the first axial annular surface 35.
  • the third portion 53 extends from the first axial annular surface
  • the fourth section 54 extends from the second axial annular surface 36 to the further second axial annular surface 46.
  • the fifth section 55 extends from the further second axial annular surface 46 to the end of the first and second contours
  • the radial distances 71, 72, 73 between the contours are decisive for influencing the flow.
  • the axial distances 81, 82 between the side surfaces of the contours are essential for influencing the flow.
  • the radial distances 71, 72, 73 between the contours 21, 22 in the first, third and fifth sections 51, 53, 55 and the axial distances 81, 82 between the contours 21, 22 in the second and in the fourth Section 52, 54 are selected accordingly to provide at least two, preferably three throttle sections.
  • the radial distances 71, 72, 73 of the first, third and fifth sections between the contours 21, 22 can be selected to be smaller than the axial distances 81, 82 between the contours 21, 22 in the second and fourth sections 52, 54
  • the axial and radial distances 71, 72, 73, 81, 82 between the contours 21, 22 can be varied in different directions. which variations are set to realize the desired throttle sections.
  • FIG. 8 shows an embodiment for a compressor 1, which substantially corresponds to FIG. 6, but with the first contour 21 formed on the rotor 3 and the second contour 22 on the housing 2.
  • the rotation axis 4 is arranged in the middle of the second contour 22.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a compressor 1, which is mirror-symmetrical to the embodiment of FIG. 7 with respect to the flow direction 23.
  • FIG. 10 shows a further embodiment, which substantially corresponds to the embodiment of FIG. 5, but wherein the first and third annular surfaces 31, 33 have different radial distances from the axis of rotation 4.
  • the further first annular surface 41 and the further third annular surface 43 also have different radial heights.
  • an axial sealing gap with a first axial distance 81 is formed.
  • the second axial annular surface 36 and the further second radial annular surface 46 overlap in the radial direction.
  • a second axial sealing gap is formed with a second axial distance 82.
  • the first axial sealing gap is longer in the radial direction than the second axial sealing gap.
  • the second axial sealing gap may be formed longer.
  • FIGS. 1 to 14 show various embodiments of FIG. 5, the embodiments differing in the height of the web 24 and in the depth of the groove 28.
  • the radial distances 71, 72,73 between the first, second and third annular surface 31, 32, 33 and the associated further first, further second and further third annular surface 41, 42, 43 are each formed equal
  • the first axial annular surface 35 and the further first radial annular surface 45 overlap in the axial direction.
  • an axial sealing gap is formed with a first axial distance 81.
  • the second axial annular surface 36 and the further second radial annular surface 46 overlap in the radial direction.
  • a second axial sealing gap is formed with a second axial distance 82.
  • the axial sealing gaps 91, 92 are longer in the radial direction than in FIG. 12.
  • the axial sealing gaps in the radial direction are longer with respect to the axis of rotation 4 than in FIG. 13, the sealing gaps in FIG 13 seen in the radial direction are longer than in Fig. 1 1.
  • the radial distances 71, 72, 73 between the first, second and third annular surfaces 31, 32, 33 and the associated further first, further second and further third annular surfaces 41, 42, 43 are smaller than in FIGS 1 to 13.
  • the axial distances 81, 82 between the side walls of the groove 28 and the side walls of the web 24 may be in the range between 50 and 250 ⁇ , for example vary.
  • the radial distances 71, 72, 73 may be e.g. vary in the range between 10 ⁇ and 100 ⁇ .
  • first contour 21 on the housing and the second contour 22 on the rotor or the first contour 21 on the rotor and the second contour 22 on the housing can be formed in FIGS.
  • first or second contour 21, 22, i. a portion of a contour, in particular the web 24 may be formed in the form of a sealing element 17.
  • the entire first and / or second contour 21, 22 may be formed on a sealing element 17.
  • FIG. 15 shows, in a schematic partial sectional illustration, a part of a compressor 1, the housing 2 having a sealing element 17 which projects between the compressor wheels 5, 13.
  • the sealing element 17 On a front side, the sealing element 17 has an annular peripheral groove 28 and thus the shape of the second contour 22.
  • the first contour 21 is formed with the web 24, which projects into the groove 28 of the second contour 22.
  • the radial distances 71, 72, 73 between the first and second contours 21, 22 in the region of the first, third and fifth sections 51, 53, 55 are in the range between 10 and 30 ⁇ m.
  • the axial distances 81, 82 between the first and the second contour 21, 22 in the region of the second and the fourth portion 52, 54 formed in the range between 50 and 250 ⁇ .
  • the depth of the groove 28 seen in the radial direction in the range between see 0.5 and 3 mm or larger.
  • the length of the bridge is corresponding
  • the first contour 21 may also be in the form of a sealing element or at least of a different material than the rotor and the compressor wheels 5, 13 thereof.
  • the first contour 21 in the form of a separate
  • FIG. 16 shows a further embodiment, which substantially corresponds to the embodiment of FIG. 15, but the depth of the recess on the inside of the sealing element 17 is smaller. The axial and radial distances are maintained. In particular, the depth of the recess may be in the range of 1 mm.
  • the first contour 21 can be worked out of the material of the rotor 3, as shown in the example shown.
  • FIG. 17 shows, in a schematic representation, a part of a compressor 1 which is constructed similarly to FIG. 15, wherein, however, the first contour 21 is formed on the housing 2 and the second contour 22 on the rotor 3.
  • the first contour 21 has the special feature that the web 24 has a first web portion 61, which merges in the radial direction inwardly on the axis of rotation 4 in a second web portion 62.
  • the diameter of the first web portion 61 is smaller than the diameter of the second web portion 62.
  • the diameter of the first web portion 61 seen in the axial direction of the rotation axis 4 can have half the diameter of the second web portion 62.
  • the second web portion 62 has a smaller width in the axial direction of the axis of rotation than the sealing element 17, which projects into the free space between the compressor wheels 5, 13.
  • sealing element 17 seen in the flow direction 23 in the fifth section 55 may have an annular recess 63, which ensures a one-sided flattening of the sealing element 17.
  • the housing 2 may also have the first contour 21.
  • the second contour 22 can also be realized at least partially by a sealing element 17.
  • FIG. 18 shows a schematic representation of an enlarged representation of FIG. 17, wherein in the first section 51 a first small radial distance 71 between the first and the second contour 21, 22 is present. Subsequently, the cross section widens in the region of the second section 52, which is additionally enlarged by the thinner design of the first web section 61. Subsequently, in the third section 53, there is again a small radial second distance 72 between the contours 21, 22. Subsequently, an enlarged cross-section is again provided by the small width of the first web section 61 in the fourth section 54. In the fifth section 55, the overlap between the first and second contours relative to the first section 51 is shortened in the axial direction.
  • the sealing element 17 in this area has an annular recess 63 in the form of a draft.
  • a relatively large space for relaxation of the medium in the region of the drafting 63 is provided.
  • the radial gap seals used are insensitive to axial deformations or forces.
  • a three times strong acceleration is achieved by the sections 51, 53 and 55 and a corresponding subsequent delay of the leakage medium in the sections 52, 53 and 56.
  • the acceleration is achieved in radial sealing gaps, which are located on the smallest possible radii.
  • the subsequent delay is achieved by increasing the flow cross-section after acceleration.
  • the leakage medium is greatly accelerated in the first section 51, whereby a delay is achieved in the second section 52.
  • FIG. 19 shows a further embodiment of a compressor 1 which substantially corresponds to the embodiment of FIG. 17, but in contrast to FIG. 17 the compressor has only one first compressor wheel 5.
  • the shapes shown in the figures for the surfaces that limit the sealing channel 1 1 are shown as contours formed in cross-section rectangular.
  • the angular contours can also be formed as rounded contours. In particular, therefore, convex and / or concave contours can also be used to form the sealing channel 11.
  • the groove 28 and / or the web 24 can have rounded edges in cross-section, so that a concave and a convex shape are opposite one another in order to form the sealing channel 11.
  • the recess 18 and / or the sealing element 17 may have rounded edges, so that a concave and a convex shape are opposite to form the sealing channel 1 1.
  • the stair structures of Figures 7 and 8 may have rounded corners in cross-section. Here, too, then concave and convex surfaces are facing, which limit the sealing channel 1 1.
  • the surfaces of the figures, which limit the sealing channel 1 1 in the radial direction and are shown parallel to the rotation axis 4, i. the first and / or second and / or third annular surface 31, 32, 33 are also not aligned parallel to the axis of rotation 4.
  • the first and / or second and / or third annular surface 31, 32, 33 may be aligned inclined relative to the axis of rotation 4 at different angles.
  • the further first and / or further second and / or further third annular surface 41, 42, 43 which are illustrated in the figures parallel to the axis of rotation, can not be aligned parallel to the axis of rotation 4.
  • the further first and / or further second and / or further third annular surface 41, 42, 43 may be aligned at different angles of rotation to the axis of rotation 4.
  • the surfaces of the figures which limit the sealing channel 1 1 in the axial direction and are shown in the figures perpendicular to the axis of rotation, not perpendicular to the axis of rotation 4 may be arranged.
  • the surfaces may be aligned at different angles to the axis of rotation 4.
  • the first and / or the second axial annular surface 35, 36 may be aligned at angles not equal to 90 ° to the axis of rotation 4.
  • the further first and / or the further second axial annular surface 45,46 be aligned at angles not equal to 90 ° to the axis of rotation 4.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdichter (1) mit einem Gehäuse (2) und mit einem Rotor (3), wobei der Rotor (3) wenigstens auf einer Seite ein Verdichterrad (5, 13) aufweist, wobei zwischen dem Verdichterrad (5, 13) und dem Gehäuse eine Verdichterkammer (6, 14) ausgebildet ist, wobei der Rotor drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Rotor und dem Gehäuse ein ringförmiger Dichtkanal (11) ausgebildet, wobei der Dichtkanal von der Verdichterkammer zu einem Bereich mit einem niedrigeren Druck geführt ist, wobei im Dichtkanal wenigstens zwei Drosselabschnitte vorgesehen sind, wobei in jedem der zwei Drosselabschnitte in Strömungsrichtung (23) von der Verdichterkammer (6, 14) zu dem Bereich mit dem niedrigeren Druck gesehen zuerst ein erster Abschnitt mit einer Reduzierung (53, 55) des Querschnittes des Dichtkanals (11) und anschließend ein zweiter Abschnitt mit einer Vergrößerung (52, 54, 56) des Querschnittes des Dichtkanals (11) vorgesehen sind.

Description

Beschreibung
Titel
Verdichter mit einem Dichtkanal Die Erfindung betrifft einen Verdichter gemäß Patentanspruch 1 .
Stand der Technik
Im Stand der Technik ist aus DE 10 2012 012 540 A1 ein Turboverdichter be- kannt, der eine erste Verdichterstufe mit einem ersten Verdichterrad und eine zweite Verdichterstufe mit einem zweiten Verdichterrad aufweist. Das erste und das zweite Verdichterrad sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet und die Welle ist berührungsfrei gelagert. Zwischen der ersten und der zweiten
Verdichterstufe ist ein Dichtspalt ausgebildet. Zur Abdichtung des Dichtspaltes ist eine Nut im Gehäuse vorgesehen. Zudem weist das Verdichterrad einen Flansch auf, der in die Nut eingreift.
Offenbarung der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Verdichter bereitzustellen, der eine verbesserte Abdichtung des Dichtkanals aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Verdichter gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der vorgeschlagene Verdichter weist den Vorteil auf, dass die Ausbildung des Dichtkanals zwischen einer Verdichterkammer und einem Bereich mit einem niedrigeren Druck verbessert ist. Insbesondere ist eine axiale Kraft auf den Rotor reduziert. Zudem ist die Leckage über den Dichtkanal reduziert. Weiterhin ist der Drehwiderstand des Rotors relativ gering.
Diese Vorteile werden dadurch erreicht, dass der Dichtkanal wenigstens zwei Drosselabschnitte aufweist, wobei in jedem der zwei Drosselabschnitte in Strömungsrichtung von der Verdichterkammer zu dem Bereich mit dem niedrigeren Druck gesehen zuerst ein erster Abschnitt mit einer Reduzierung des Querschnittes des Dichtkanals und anschließend ein zweiter Abschnitt mit einer Vergrößerung des Querschnittes des Dichtkanals vorgesehen ist. Der erste Abschnitt sorgt für eine Beschleunigung des Leckagestroms. Der zweite Abschnitt sorgt für eine Verlangsamung und Druckerniedrigung des Leckagestroms. Durch die serielle Anordnung der zwei Drosselabschnitte wird die gewünschte Abdichtung bei einer geringen axialen Kraft auf das Verdichterrad und einem geringen Verlust der Verdichterleistung erreicht.
In einer Ausführungsform weisen der Rotor und das Gehäuse jeweils eine Kontur auf, die in Form von Stufen ausgebildet sind. Die Stufen sind in der Weise ausgebildet und angeordnet, dass die zwei Drosselabschnitte realisiert werden. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass gestufte Konturen einfach und kostengünstig hergestellt werden können und die gewünschte Funktion der zwei Drosselabschnitte präzise realisieren können.
In einer Ausführungsform weisen die Konturen die Form einer aufsteigenden Treppe und die Form einer absteigenden Treppe auf, die entsprechend einander zugeordnet sind, um die zwei Drosselabschnitte darzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform weist eine erste Kontur die Form eines radialen Steges und die zweite Kontur die Form einer radialen Ausnehmung auf. Der Steg greift in die Ausnehmung ein. Abhängig von den gewählten Abständen kön- nen sowohl die radialen als auch die axialen Abstände zwischen den Konturen zur Ausbildung des ersten und des zweiten Abschnittes der Drosselabschnitte verwendet werden.
Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform die Ausnehmung in radialer Richtung gesehen von unterschiedlichen hohen Seitenwänden begrenzt werden. In analoger Weise kann der Steg in axialer Richtung gesehen von zwei unterschiedlich hohen Seitenwänden begrenzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird der erste Abschnitt eines Drosselab- Schnittes durch eine in Bezug auf eine Drehachse des Rotors gesehen radiale
Engstelle zwischen dem Verdichterrad und dem Gehäuse ausgebildet. Der zweite Abschnitt des Drosselabschnittes ist durch eine in axialer Richtung parallel zur Drehachse des Rotors gesehen axialen Abstand zwischen dem Rotor und dem Gehäuse realisiert. Auf diese Weise wird mithilfe einer kompakten Kontur die Ausbildung der Drosselabschnitte realisiert.
In einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens drei oder mehr Drosselabschnitte in Strömungsrichtung gesehen nacheinander im Dichtkanal ausgebildet. Dadurch wird eine Reduktion der Leckage über den Dichtspalt erreicht.
Versuche haben gezeigt, dass die Ausbildung der Konturen in Form einer Ausnehmung und eines Steges eine sehr geringe Leckage bei geringem Drehwiderstand und einer hohen axialen Kraft erreicht wird. In einer weiteren Ausführungsform weist der Steg, der in die Ausnehmung eingreift, ausgehend von dem Gehäuse oder ausgehend von dem Rotor einen ersten Abschnitt auf, der in einen zweiten Abschnitt in radialer Richtung übergeht. In einer Ebene einer Drehachse des Rotors gesehen weist der erste Abschnitt eine kleinere Breite als der zweite Abschnitt auf.
In einer weiteren Ausführungsform weist der zweite Abschnitt des Steges eine radial stirnseitig angeordnete, ringförmige erste Fläche auf, die einer radial stirnseitig angeordneten ringförmigen zweiten Fläche der Ausnehmung zugeordnet ist. Die erste und die zweite Fläche sind insbesondere parallel zueinander ange- ordnet. Auf diese Weise wird eine weitere Verbesserung der Abdichtung erreicht.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform weist der Rotor auf einer ersten Seite ein erstes Verdichterrad auf und auf einer zweiten gegenüberliegenden Seite ein zweites Verdichterrad auf. Mithilfe dieser Ausführungsform kann mithilfe der zwei Verdichterräder eine Niederdruckstufe und eine Hochdruckstufe realisiert werden. Dabei ist der Dichtkanal zwischen der Hochdruckstufe und der Nie- derdruckstufe ausgebildet. Auch bei dieser Ausführungsform wird durch die vorgeschlagenen Konturen eine Optimierung des Dichtkanals erreicht.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Verdichterrad berüh- rungsfrei im Gehäuse gelagert werden, wobei der Dichtkanal im Bereich des Lagers ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Dichtelement vorgesehen, das wenigstens eine Seite eines Drosselabschnittes bzw. eine Seite eines ersten oder zwei- ten Abschnittes eines Drosselabschnittes darstellt. Das Dichtelement ist aus einem weicheren Material als das Gehäuse bzw. das Verdichterrad gebildet. Somit kann eine verbesserte Abdichtung erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Dichtelement am Gehäuse ausgebil- det, wobei am Dichtelement eine radiale Ausnehmung ausgebildet ist, und wobei am Rotor ein radialer Steg ausgebildet ist, der in die Ausnehmung des Dichtelementes eingreift. Damit wird eine verbesserte Abdichtung bereitgestellt.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der Verdichter als Turbover- dichter ausgebildet sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Verdichters mit einem Rotor mit einem Verdichterrad auf einer Seite,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Verdichters mit einem Rotor mit zwei Verdichterrädern, Fig. 3 eine Ausführungsform eines Rotors, der auf einer Welle gelagert ist,
Fig. 4 eine Ausführungsform eines Verdichters, wobei ein Dichtelement am Rotor ausgebildet ist,
Fig. 5 eine Ausführungsform eines Verdichters, wobei am Gehäuse ein Dichtelement ausgebildet ist, Figuren 6 bis 10 verschiedene Ausführungsformen von Konturen zwischen dem Gehäuse und dem Rotor,
Figuren 1 1 bis 14 verschiedene Ausführungsformen von Konturen in Form eines Steges und einer Ausnehmung zur Realisierung des Dichtkanals,
Fig. 15 eine weitere Ausführungsform eines Verdichters,
Fig. 16 eine weitere Ausführungsform eines Verdichters,
Fig. 17 eine zusätzliche Ausführungsform eines Verdichters,
Fig. 18 eine vergrößerte Darstellung des Dichtkanals der Ausführungsform der Fig. 17, und
Fig. 19 eine weitere Ausführungsform eines Verdichters.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Verdichters 1 , der ein Gehäuse 2 und ein Rotor 3 aufweist. Der Rotor 3 ist rotationssymmetrisch zu einer Drehachse 4 ausgebildet. Der Rotor 3 weist auf einer ersten Seite ein erstes Verdichterrad 5 mit Laufschaufeln auf. Zwischen dem ersten
Verdichterrad 5 und dem Gehäuse 2 ist eine erste Verdichterkammer 6 ausgebildet. Die erste Verdichterkammer 6 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen ringförmigen ersten Ansaugkanal 7 auf. Dreht sich der Rotor 3 um die Drehachse 4, so wird ein Medium über den ersten Ansaugkanal 7 angesaugt, durch das erste Verdichterrad 5 verdichtet und über einen ersten Verdichtungskanal 8 abgegeben. Zwischen einer radialen Außenseite 9 des Rotors 3 und einer zugeordneten Innenseite 10 des Gehäuses 2 ist ein Dichtkanal 1 1 ausgebildet, der die erste Verdichterkammer 6 mit einem Bereich mit einem niedrigeren Druck 12 verbindet.
Der Rotor 3 kann über ein berührungsloses Lager im Gehäuse 2 beispielsweise im Bereich des Dichtkanals 1 1 drehbar gelagert sein. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform der Rotor 3 mit einer nicht dargestellten Welle verbunden sein, die in der Drehachse 4 angeordnet ist und drehbar am Gehäuse 2 gelagert ist. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Verdichters 1 , der gemäß dem Verdichter der Fig. 1 aufgebaut ist, wobei jedoch der Rotor 3 auf einer zweiten Seite ein zweites Verdichterrad 13 mit zweiten Laufschaufeln aufweist. Zudem ist zwischen dem zweiten Verdichterrad 13 und dem Gehäuse 2 eine zweite
Verdichterkammer 14 ausgebildet. Weiterhin weist die zweite Verdichterkammer
14 einen zweiten Ansaugkanal 15 auf. Zudem ist ein zweiter Verdichtungskanal 16 im Gehäuse 2 vorgesehen. Das zweite Verdichterrad 13 ist rotationssymmetrisch zur Drehachse 4 ausgebildet. Die zweite Verdichterkammer 14 ist über den Dichtkanal 1 1 mit der ersten Verdichterkammer 6 verbunden. Zudem kann der zweite Ansaugkanal 15 mit dem ersten Verdichtungskanal 8 über eine Leitung in
Verbindung stehen, die mit einem Pfeil schematisch angedeutet ist. Auf diese Weise können zwei Verdichterstufen mithilfe eines Rotors 3 in einem Verdichters 1 realisiert werden. Durch das erste Verdichterrad 5 wird eine Vorverdichtung des Mediums erreicht, wobei durch das zweite Verdichterrad 13 eine zweite hö- here Verdichtung des vorverdichteten Mediums erreicht wird, das anschließend über den zweiten Verdichtungskanal 16 abgegeben wird.
Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform eines Verdichters 1 gemäß Fig. 2 mit einem Rotor 3 mit zwei Verdichterrädern 5, 13, die auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Der Rotor 3 ist in dieser Ausführungsform über eine Welle 19 drehbar am Gehäuse 2 gelagert. In analoger Weise kann auch die Ausführungsform der Fig. 1 mit einem Rotor 3 mit nur einem ersten Verdichterrad 5 über eine entsprechende Welle 12 am Gehäuse 2 gelagert sein.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Darstellung die Ausführung des Verdichters der Fig. 2, wobei am Rotor 3 im Bereich des Dichtkanals 1 1 ein ringförmiges Dichtelement 17 vorgesehen ist, das in eine ringförmige Ausnehmung 18 des Gehäuses 2 eingreift. Das Dichtelement 17 ist beispielsweise aus einem anderen Material als der Rotor 3 ausgebildet. Insbesondere kann ein weicheres Material für die Ausbildung des Dichtelements 17 verwendet werden, um die gewünschte Dichtfunktion zu verbessern. Beispielsweise kann das Dichtelement 17 aus einem Kunststoffmaterial bestehen. Das Dichtelement 17 kann auch bei einem Verdichter 1 mit einem Rotor 3 mit nur einem ersten Verdichterrad 5 gemäß der Ausführungsform der Fig. 1 vorgesehen sein. Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Verdichters der Fig. 2, wobei ein ringförmiges Dichtelement 17 an einer Innenseite 10 des Gehäuses 2 ausgebildet ist. Das Dichtelement 17 greift in eine ringförmige zweite Ausnehmung 18 der Außenseite 9 des Rotors 3 ein. Der Verdichter 1 der Fig. 1 mit einem Rotor 3 nur einem ersten Verdichterrad 5 kann ebenfalls ein Dichtelement 17 und eine Ausnehmung 18 gemäß der Fig. 5 aufweisen.
Die Figuren 6 bis 10 zeigen verschiedene gestufte Konturen 21 , 22 der Innenseite 10 des Gehäuses 2 und der Außenseite 9 des Rotors 3, die einander zuge- ordnet sind. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann jede Kontur
21 ,22 von dem Rotor 3 oder von dem Gehäuse 2 realisiert sein. Zudem kann jede Kontur 21 , 22 wenigstens teilweise oder vollständig von einem Dichtelement 17 realisiert sein oder ein Dichtelement 17 aufweisen, das mit dem Gehäuse 2 bzw. mit dem Rotor 3 verbunden ist.
Fig. 6 zeigt einen vergrößerten schematisch dargestellten Ausschnitt des Dichtkanals 1 1 , der zwischen einer ersten und einer zweiten Kontur 21 , 22 ausgebildet ist. Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch eine Ebene der Drehachse 4. Sowohl die erste als auch die zweite Kontur sind rotationssymmetrisch in Bezug auf die Drehachse 4 ausgebildet. Die Drehachse 4 kann beispielsweise unterhalb der zweiten Kontur 2 angeordnet sein. Bei dieser Ausbildungsform wird die zweite Kontur 22 von dem Rotor 3 bzw. einem Dichtelement des Rotors 3 dargestellt. Dabei wird die erste Kontur 21 von der Innenseite des Gehäuses 2 bzw. wenigstens teilweise von einem Dichtelement des Gehäuses 2 dargestellt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Drehachse 4 auch oberhalb der ersten Kontur 21 angeordnet sein. Entsprechend wird die erste Kontur 21 durch den Rotor 3 bzw. wenigstens teilweise einem Dichtelement des Rotors 3 dargestellt. Entsprechend wird die zweite Kontur 22 von einer Innenseite des Gehäuses 2 bzw. wenigstens teilweise von einem Dichtelement des Gehäuses 2 darge- stellt. Diese Ausführungen gelten auch für die folgenden Figuren 7 bis 10.
Die erste Kontur 21 weist im Querschnitt in einer Strömungsrichtung 23 von einem Bereich mit einem höheren Druck in Richtung auf einen Bereich mit einem niedrigeren Druck einen ringförmigen Steg 24 auf. Der Bereich mit dem höheren Druck kann durch die erste Verdichterkammer 6 bei einem Rotor 3 mit nur einem ersten Verdichterrad 5 oder durch die zweite Verdichterkammer 14 bei einem Ro- tor 3 mit einem ersten und einem zweiten Verdichterrad 5,13 dargestellt werden. Der Steg 24 weist auf beiden Seiten die gleiche radiale Höhe auf. Die zweite Kontur 22 weist eine radiale Ausnehmung in Form einer Nut 28 auf. Die Nut 28 ist in axialer Richtung, d.h. parallel zur Drehachse 4 breiter ausgeführt als der Steg 24. Zudem ragt der Steg 24 in radialer Richtung in die Nut 28 hinein.
Die erste Kontur 21 weist in der Strömungsrichtung 23 in axialer Richtung gesehen eine erste Ringfläche 31 , eine zweite Ringfläche 32 und eine dritte Ringfläche 33 auf. Die erste und die dritte Ringfläche 31 , 33 sind in gleichem radialen Abstand zur Drehachse 4 angeordnet. Die zweite Ringfläche 32 begrenzt den
Steg 24, wobei die zweite Ringfläche 32 einen größeren oder kleineren Abstand zur Drehachse 4 als die erste und die dritte Ringfläche 31 , 33 aufweist, abhängig davon wo die Drehachse 4 angeordnet ist. Die zweite Kontur 22 weist in der Strömungsrichtung 23 in axialer Richtung gesehen eine weitere erste, zweite und dritte Ringfläche 41 , 42, 43 auf. Die erste und die zweite weitere Ringfläche 41 , 42 sind in Bezug auf die Drehachse 4 im gleichen radialen Abstand angeordnet. Die zweite weitere Ringfläche 42 begrenzt die Nut 28, wobei die zweite weitere Ringfläche 42 einen größeren oder kleineren Abstand als die weitere erste und weitere dritte Ringfläche 41 , 43 in
Bezug auf die Drehachse 4 aufweist, abhängig davon, wo die Drehachse 4 angeordnet ist.
Der Steg 24 weist eine erste axiale Ringfläche 35 und eine gegenüberliegende zweite axiale Ringfläche 36 auf, wobei die erste axiale Ringfläche 35 stromaufwärts in Bezug auf die Strömungsrichtung 23 gegenüber der zweiten axialen Ringfläche 36 angeordnet ist. Die Nut 28 wird von einer ersten und einer zweiten axialen Ringfläche 45, 46 begrenzt. Die erste axiale Ringfläche 45 ist in Bezug auf die Strömungsrichtung 23 stromaufwärts in Bezug auf die zweite axiale Ring- fläche 46 angeordnet.
Die Konturen 21 , 22 können in axialer Richtung in fünf Abschnitte 51 , 52, 53, 54, 55 unterteilt werden. Der erste Abschnitt 51 erstreckt sich in der Strömungsrichtung 23 bis zur weiteren ersten axialen Ringfläche 45. Der zweite Abschnitt 52 erstreckt sich in axialer Richtung von der axialen Ringfläche 45 bis zur ersten axialen Ringfläche 35. Der dritte Abschnitt 53 erstreckt sich von der ersten axia- len Ringfläche 35 bis zur zweiten axialen Ringfläche 36. Der vierte Abschnitt 54 erstreckt sich von der zweiten axialen Ringfläche 36 bis zur weiteren zweiten axialen Ringfläche 46. Der fünfte Abschnitt 55 erstreckt sich von der weiteren zweiten axialen Ringfläche 46 bis zum Ende der ersten und zweiten Kontur 21 ,22.
Im ersten, im dritten und im fünften Abschnitt 51 , 53, 55 sind die radialen Abstände 71 ,72,73 zwischen den Konturen ausschlaggebend für die Beeinflussung der Strömung im Dichtkanal 1 1 . 1m zweiten und vierten Abschnitt 52, 54 sind die axialen Abstände 81 ,82 zwischen den Seitenflächen der Konturen wesentlich für die Beeinflussung der Strömung.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die radialen Abstände zwischen den Konturen 21 , 22 im ersten, dritten und fünften Abschnitt 51 , 53, 55 und die axialen Abstände zwischen den Konturen 21 , 22 im zweiten und im vierten Abschnitt 52, 54 entsprechend gewählt werden, um mindestens zwei, vorzugsweise drei Drosselabschnitte bereitzustellen. Beispielsweise können die radialen Abstände 71 ,72,73 des ersten, dritten und fünften Abschnittes zwischen den Konturen 21 , 22 kleiner gewählt werden als die axialen Abstände 81 , 82 zwi- sehen den Konturen 21 , 22 im zweiten und im vierten Abschnitt 52, 54. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die axialen und radialen Abstände 71 ,72,73,81 ,82 zwischen den Konturen 21 ,22 in verschiedenen Variationen festgelegt werden, um die gewünschten Drosselabschnitte zu realisieren.
Versuche haben gezeigt, dass eine kostengünstige Fertigung bei mindestens gleicher Qualität für die Abdichtung des Dichtkanals erreicht wird, wenn die radialen Abstände 71 ,72,73 im ersten, dritten und fünften Abschnitt 51 , 53, 55 zwischen den Flächen der Konturen 21 , 22 kleiner gewählt werden als die axialen Abstände 81 ,82 im zweiten und im vierten Abschnitt 52, 54 zwischen den Konturen 21 , 22.
Die axialen und/oder radialen Abstände 71 ,72,73,81 ,82 können im Bereich zwischen 10 und 500 μηη oder mehr liegen. Zudem kann die Länge des Dichtkanals 1 1 im Bereich zwischen 1 und 15 mm oder mehr liegen. Weiterhin kann die Aufteilung der Abschnitte bei der Fig. 6 in der Weise gewählt werden, dass der Steg 24 ungefähr ein Drittel der Länge des Dichtkanals ausfüllt und die Bereiche seitlich des Steges 24 jeweils ein Drittel des Dichtkanals 1 1 . Versuche haben gezeigt, dass gute Ergebnisse mit einem Verhältnis des radialen Abstandes 71 ,72,73 im ersten, dritten und fünften Abschnitt 51 ,53,55 zu einem axialen Abstand 81 ,82 im zweiten und vierten Abschnitt 52,54 im Bereich zwischen 1 :3 oder mehr erreicht werden. Beispielsweise werden gute Ergebnisse bei einem axialen Abstand 81 ,82 im zweiten und vierten Abschnitt 52,54 von 100 bis 200 μηη und einem radialen Abstand 71 ,72,73 im ersten, dritten und fünften Abschnitt 51 ,53,55 zwischen 10 und 30 μηη erreicht. Die axialen und radialen Abstände können in den Abschnitten unterschiedlich oder gleich groß gewählt werden. Versuche haben gezeigt, dass gute Ergebnisse mit jeweils gleich große ra- diale Abständen und/oder gleich großen axialen Abständen erreicht werden.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform für den Dichtkanal 1 1 , wobei die erste Kontur 21 in der Strömungsrichtung 23 gesehen eine Stufenkontur mit einer abnehmenden Dicke und die zweite Kontur 22 eine Stufenkontur mit zunehmender Dicke aufweist. Die erste und die zweite Kontur 21 ,22 sind rotationssymmetrisch zur Drehachse 4 ausgebildet. Die erste Kontur 21 weist in der Strömungsrichtung 23 in axialer Richtung gesehen eine erste Ringfläche 31 , eine zweite Ringfläche 32 und eine dritte Ringfläche 33 auf. Die erste radiale Ringfläche 31 geht über eine erste axiale Ringfläche 35 in die zweite radiale Ringfläche 32 über. Die zweite radiale Ringfläche 32 geht über eine zweite axiale Ringfläche 36 in die dritte radiale Ringfläche 33 über. In der gewählten Ausführung ist die Drehachse 4 in der Mitte der zweiten Kontur 22 angeordnet. Die Ringflächen 31 ,32,33 sind parallel zur Drehachse 4 ausgerichtet. Die erste Ringfläche 31 weist einen kleineren Abstand zur Drehachse 4 als die zweite Ringfläche 32 auf. Die dritte Ringflä- che 33 weist einen größeren Abstand zur Drehachse 4 als die zweite Ringfläche
32 auf. Ist die Drehachse 4 in der Mitte der ersten Kontur 21 angeordnet nimmt der radiale Abstand zwischen den Ringflächen und der Drehachse 4 mit der Strömungsrichtung 23 stufenweise ab. Die zweite Kontur 22 weist in der Strömungsrichtung 23 in axialer Richtung gesehen eine weitere erste, zweite und dritte Ringfläche 41 , 42, 43 auf. Die weitere erste radiale Ringfläche 41 geht über eine weitere erste axiale Ringfläche 45 in die weitere zweite radiale Ringfläche 42 über. Die weitere zweite radiale Ringfläche 42 geht über eine weitere zweite axiale Ringfläche 46 in die weitere dritte ra- diale Ringfläche 43 über. Die weitere erste, zweite und dritte Ringfläche 41 , 42,
43 weisen jeweils einen zunehmenden radialen Abstand von der Drehachse 4 auf. Ist die Drehachse 4 in der Mitte der ersten Kontur 21 angeordnet, dann nimmt der radiale Abstand zwischen den Ringflächen und der Drehachse 4 mit der Strömungsrichtung 23 stufenweise ab. In der dargestellten Ausführungsform überdecken sich in radialer Richtung jeweils die erste axiale Ringfläche 35 und die weitere erste radiale Ringfläche 45. Somit wird ein axialer Dichtspalt mit einem ersten axialen Abstand 81 gebildet. Zudem überdecken sich in radialer Richtung die zweite axiale Ringfläche 36 und die weitere zweite radiale Ringfläche 46. Somit wird ein zweiter axialer Dichtspalt mit einem zweiten axialen abstand 82 gebildet.
Die Konturen 21 , 22 können in axialer Richtung in fünf Abschnitte 51 , 52, 53, 54, 55 unterteilt werden. Der erste Abschnitt 51 erstreckt sich in der Strömungsrichtung 23 bis zur weiteren ersten axialen Ringfläche 45. Der zweite Abschnitt 52 erstreckt sich in axialer Richtung von der axialen Ringfläche 45 bis zur ersten axialen Ringfläche 35. Der dritte Abschnitt 53 erstreckt sich von der ersten axialen Ringfläche 35 bis zur zweiten axialen Ringfläche 36. Der vierte Abschnitt 54 erstreckt sich von der zweiten axialen Ringfläche 36 bis zur weiteren zweiten axialen Ringfläche 46. Der fünfte Abschnitt 55 erstreckt sich von der weiteren zweiten axialen Ringfläche 46 bis zum Ende der ersten und zweiten Kontur
21 ,22. Im ersten, im dritten und im fünften Abschnitt 51 , 53, 55 sind die radialen Abstände 71 ,72,73 zwischen den Konturen ausschlaggebend für die Beeinflussung der Strömung. Im zweiten und vierten Abschnitt 52, 54 sind die axialen Abstände 81 ,82 zwischen den Seitenflächen der Konturen wesentlich für die Beein- flussung der Strömung.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die radialen Abstände 71 ,72,73 zwischen den Konturen 21 , 22 im ersten, dritten und fünften Abschnitt 51 , 53, 55 und die axialen Abstände 81 ,82 zwischen den Konturen 21 , 22 im zweiten und im vierten Abschnitt 52, 54 entsprechend gewählt werden, um mindestens zwei, vorzugsweise drei Drosselabschnitte bereitzustellen. Beispielsweise können die radialen Abstände 71 ,72,73 des ersten, dritten und fünften Abschnittes zwischen den Konturen 21 , 22 kleiner gewählt werden als die axialen Abstände 81 , 82 zwischen den Konturen 21 , 22 im zweiten und im vierten Ab- schnitt 52, 54. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die axialen und radialen Abstände 71 ,72,73,81 ,82 zwischen den Konturen 21 ,22 in verschie- denen Variationen festgelegt werden, um die gewünschten Drosselabschnitte zu realisieren.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform für einen Verdichter 1 , die im Wesentlichen der Fig. 6 entspricht, wobei jedoch die erste Kontur 21 am Rotor 3 und die zweite Kontur 22 am Gehäuse 2 ausgebildet ist. Die Drehachse 4 ist in der Mitte der zweiten Kontur 22 angeordnet.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform für einen Verdichter 1 , die spiegelsymmetrisch zu der Ausführungsform der Fig. 7 in Bezug auf die Strömungsrichtung 23 ausgebildet ist.
Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform, die im Wesentlichen der Ausführungsform der Fig. 5 entspricht, wobei jedoch die erste und die dritte Ringfläche 31 , 33 unterschiedliche radiale Abstände zur Drehachse 4 Drehachse 4 aufweisen. In analoger Weise weisen auch die weitere erste Ringfläche 41 und die weitere dritte Ringfläche 43 unterschiedliche radiale Höhen auf. In der dargestellten Ausführungsform überdecken sich in radialer Richtung jeweils die erste axiale Ringfläche 35 und die weitere erste radiale Ringfläche 45. Somit wird ein axialer Dichtspalt mit einem ersten axialen Abstand 81 gebildet. Zudem überdecken sich in radialer Richtung die zweite axiale Ringfläche 36 und die weitere zweite radiale Ringfläche 46. Somit wird ein zweiter axialer Dichtspalt mit einem zweiten axialen abstand 82 gebildet. Der erste axiale Dichtspalt ist in radialer Richtung gesehen länger als der zweite axiale Dichtspalt. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch der zweite axiale Dichtspalt länger ausgebildet sein.
Die Figuren 1 1 bis 14 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Fig. 5, wobei sich die Ausführungsformen in der Höhe des Steges 24 bzw. in der Tiefe der Nut 28 unterscheiden. Bei den Figuren 1 1 bis 13 sind die radialen Abstände 71 ,72,73 zwischen der ersten, zweiten und dritten Ringfläche 31 , 32, 33 und der zugeordneten weiteren ersten, weiteren zweiten und weiteren dritten Ringfläche 41 , 42, 43 jeweils gleich groß ausgebildet. Die erste axiale Ringfläche 35 und die weitere erste radiale Ringfläche 45 überdecken sich in axialer Richtung. Somit wird ein axialer Dichtspalt mit einem ersten axialen Abstand 81 gebildet. Zudem überdecken sich in radialer Richtung die zweite axiale Ringfläche 36 und die weitere zweite radiale Ringfläche 46. Somit wird ein zweiter axialer Dichtspalt mit einem zweiten axialen abstand 82 gebildet. In Figur 1 1 sind die axialen Dichtspalte 91 ,92 in radialer Richtung gesehen zur Drehachse länger als in Fig. 12. In Fig. 12 sind die axialen Dichtspalte in radialer Richtung gesehen zur Drehachse 4 länger als in Figur 13, wobei die Dichtspalte in Fig. 13 in radialer Richtung gesehen länger sind als in Fig. 1 1 .
Bei Fig. 14 sind die radialen Abstände 71 ,72,73 zwischen der ersten, zweiten und dritten Ringfläche 31 ,32,33 und der zugeordneten weiteren ersten, weiteren zweiten und weiteren dritten Ringfläche 41 , 42, 43 kleiner ausgebildet als bei den Figuren 1 1 bis 13. Die axialen Abstände 81 ,82 zwischen den Seitenwänden der Nut 28 und den Seitenwänden des Steges 24 können im Bereich zwischen 50 und 250 μηη z.B. variieren. Die radialen Abstände 71 ,72,73 können z.B. im Bereich zwischen 10 μηη und 100 μηη variieren.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann bei den Figuren 1 1 bis 14 die erste Kontur 21 am Gehäuse und die zweite Kontur 22 am Rotor oder die erste Kontur 21 am Rotor und die zweite Kontur 22 am Gehäuse ausgebildet sein.
Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform wenigstens ein Teil der ersten oder der zweiten Kontur 21 ,22, d.h. ein Abschnitt einer Kontur, insbesondere der Steg 24 in Form eines Dichtelementes 17 ausgebildet sein. Zudem kann auch die gesamte erste und/oder zweite Kontur 21 ,22 an einem Dichtelement 17 ausgebildet sein.
Fig. 15 zeigt in einer schematischen Teilschnittdarstellung einen Teil eines Verdichters 1 , wobei das Gehäuse 2 ein Dichtelement 17 aufweist, das zwischen die Verdichterräder 5, 13 hineinragt. An einer Frontseite weist das Dichtelement 17 eine ringförmig umlaufende Nut 28 und damit die Form der zweiten Kontur 22 auf. Am Rotor 3 ist die erste Kontur 21 mit dem Steg 24 ausgebildet, der in die Nut 28 der zweiten Kontur 22 hineinragt. In dieser Ausführungsform sind weitere axialen Abstände 83, 84 zwischen den Verdichterrädern 5, 13 und dem Dichtelement 17 im Bereich zwischen 50 und 250 μηη z.B. ausgebildet. Weiterhin sind die radialen Abstände 71 ,72,73 zwischen der ersten und der zweiten Kontur 21 ,22 im Bereich des ersten, dritten und fünften Abschnittes 51 , 53, 55 im Bereich zwischen 10 und 30 μηη ausgebildet. Zudem sind die axialen Abstände 81 ,82 zwischen der ersten und der zweiten Kontur 21 , 22 im Bereich des zweiten und des vierten Abschnittes 52, 54 im Bereich zwischen 50 und 250 μηη ausgebildet.
Zudem kann die Tiefe der Nut 28 in radialer Richtung gesehen im Bereich zwi- sehen 0,5 und 3 mm oder größer liegen. Entsprechend ist die Länge des Steges
24 ausgebildet, um den gewünschten zweiten radialen Abstand 72 im dritten Abschnitt 53 zu erreichen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die erste Kontur 21 ebenfalls in Form eines Dichtelements oder zumindest aus einem anderen Material als der Rotor und dessen Verdichterräder 5, 13 ausgebil- det sein. Beispielsweise kann die erste Kontur 21 in Form aus einem separaten
Bauteil gefertigt sein, das am Rotor 3 befestigt ist.
Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform, die im Wesentlichen der Ausführungsform der Fig. 15 entspricht, wobei jedoch die Tiefe der Ausnehmung an der Innenseite des Dichtelements 17 geringer ist. Die axialen und radialen Abstände sind beibehalten. Insbesondere kann die Tiefe der Ausnehmung im Bereich von 1 mm liegen. Zudem kann die erste Kontur 21 aus dem Material des Rotors 3 herausgearbeitet sein, wie in dem dargestellten Beispiel gezeigt. Fig. 17 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teil eines Verdichters 1 , der ähnlich der Fig. 15 aufgebaut ist, wobei jedoch die erste Kontur 21 am Gehäuse 2 und die zweite Kontur 22 am Rotor 3 ausgebildet ist. Zudem weist die erste Kontur 21 die Besonderheit auf, dass der Steg 24 einen ersten Stegabschnitt 61 aufweist, der in radialer Richtung nach innen auf die Drehachse 4 hin in einen zweiten Stegabschnitt 62 übergeht. In axialer Richtung ist der Durchmesser des ersten Stegabschnittes 61 kleiner als der Durchmesser des zweiten Stegabschnittes 62. Beispielsweise kann der Durchmesser des ersten Stegabschnittes 61 in axialer Richtung der Drehachse 4 gesehen die Hälfte des Durchmessers des zweiten Stegabschnittes 62 aufweisen. Zudem weist der zweite Stegabschnitt 62 eine kleinere Breite in axialer Richtung der Drehachse gesehen als das Dichtelement 17 auf, das in den Freiraum zwischen den Verdichterrädern 5, 13 hineinragt. Zudem kann das Dichtelement 17 in Strömungsrichtung 23 gesehen im fünften Abschnitt 55 eine ringförmige Ausnehmung 63 aufweisen, die für eine einseitige Abflachung des Dichtelementes 17 sorgt. Anstelle des Dicht- elementes 17 kann auch das Gehäuse 2 die erste Kontur 21 aufweisen. Zudem kann auch die zweite Kontur 22 wenigstens teilweise durch ein Dichtelement 17 realisiert sein.
Fig. 18 zeigt in einer schematischen Darstellung eine vergrößerte Darstellung der Fig. 17, wobei im ersten Abschnitt 51 ein erster geringer radialer Abstand 71 zwischen der ersten und der zweiten Kontur 21 , 22 vorliegt. Anschließend verbreitert sich der Querschnitt im Bereich des zweiten Abschnittes 52, der durch die dünnere Ausbildung des ersten Stegabschnittes 61 zusätzlich vergrößert ist. Anschließend liegt im dritten Abschnitt 53 wieder ein geringer radialer zweiter Abstand 72 zwischen den Konturen 21 , 22 vor. Anschließend wird wieder ein vergrößerter Querschnitt durch die geringe Breite des ersten Stegabschnittes 61 im vierten Abschnitt 54 bereitgestellt. Im fünften Abschnitt 55 ist die Überdeckung zwischen der ersten und der zweiten Kontur gegenüber dem ersten Abschnitt 51 in axialer Richtung verkürzt. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass das Dichtelement 17 in diesem Bereich eine ringförmige Ausnehmung 63 in Form einer Abfassung aufweist. Somit wird in einem sechsten Abschnitt 56 ein relativ großer Raum zur Entspannung des Mediums im Bereich der Abfassung 63 bereitgestellt. Bei dieser Ausführungsform wird trotz des geringen Bauraums mehr Raum zur Entspannung des Mediums nach den radialen Dichtspalten, die durch die radialen Abstände 71 ,72,73 realisiert sind, erreicht.
Die verwendeten radialen Spaltdichtungen sind gegenüber axialen Deformationen oder Kräften unempfindlich. In der Ausführungsform der Figuren 17 und 18 wird eine dreimalige starke Beschleunigung durch die Abschnitte 51 , 53 und 55 und eine entsprechende nachträgliche Verzögerung des Leckagemediums in den Abschnitten 52, 53 und 56 erreicht. Die Beschleunigung wird in radialen Dichtspalten erreicht, die sich auf möglichst kleinen Radien befinden. Die nachträgliche Verzögerung wird durch eine Vergrößerung des Strömungsquerschnittes nach der Beschleunigung erreicht. Das Leckagemedium wird im ersten Abschnitt 51 stark beschleunigt, wobei im zweiten Abschnitt 52 eine Verzögerung erreicht wird. Im dritten Abschnitt 53 erfolgt wiederum eine Beschleunigung des
Leckagemediums, die im vierten Abschnitt 54 wieder verzögert wird. Entsprechend erfolgt im fünften Abschnitt 55 eine Beschleunigung, die im sechsten Abschnitt 56 wieder verzögert wird. Fig. 19 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Verdichters 1 , die im Wesentlichen der Ausführungsform der Fig. 17 entspricht, wobei jedoch im Gegensatz zur Fig. 17 der Verdichter nur ein erstes Verdichterrad 5 aufweist. Die in den Figuren dargestellten Formen für die Flächen, die den Dichtkanal 1 1 begrenzen, sind als im Querschnitt eckig ausgebildete Konturen dargestellt. Die eckigen Konturen können auch als abgerundete Konturen ausgebildet sein. Insbesondere können sich somit auch konvexe und/oder konkave Konturen zur Ausbildung des Dichtkanals 1 1 gegenüber stehen. Insbesondere kann im Quer- schnitt die Nut 28 und/oder der Steg 24 abgerundete Kanten aufweisen, so dass sich eine konkave und eine konvexe Form gegenüber stehen, um den Dichtkanal 1 1 auszubilden. Weiterhin kann im Querschnitt die Ausnehmung 18 und/oder das Dichtelement 17 abgerundete Kanten aufweisen, so dass sich eine konkave und eine konvexe Form gegenüber stehen, um den Dichtkanal 1 1 auszubilden.
Ebenso können auch die Treppenstrukturen der Figuren 7 und 8 im Querschnitt abgerundete Ecken aufweisen. Auch hier stehen sich dann konkave und konvexe Flächen gegenüber, die den Dichtkanal 1 1 begrenzen.
Zudem können auch die Flächen der Figuren, die den Dichtkanal 1 1 in radialer Richtung begrenzen und parallel zur Drehachse 4 dargestellt sind, d.h. die erste und/oder zweite und/oder dritte Ringfläche 31 ,32,33 auch nicht parallel zur Drehachse 4 ausgerichtet sein. Insbesondere können die erste und/oder zweite und/oder dritte Ringfläche 31 ,32,33 geneigt zur Drehachse 4 in unterschiedlichen Winkeln ausgerichtet sein. Weiterhin können auch die weitere erste und/oder weitere zweite und/oder weitere dritte Ringfläche 41 ,42,43, die in den Figuren parallel zur Drehachse dargestellt sind, nicht parallel zur Drehachse 4 ausgerichtet sein. Insbesondere können die weitere erste und/oder weitere zweite und/oder weitere dritte Ringfläche 41 ,42,43 in unterschiedlichen Drehwinkeln zur Drehachse 4 ausgerichtet sein.
Weiterhin können auch die Flächen der Figuren, die den Dichtkanal 1 1 in axialer Richtung begrenzen und in den Figuren senkrecht zur Drehachse dargestellt sind, nicht senkrecht zur Drehachse 4 angeordnet sein. Beispielsweise können die Flächen in unterschiedlichen Winkeln zur Drehachse 4 ausgerichtet sein. Ins- besondere können die erste und/oder die zweite axiale Ringfläche 35,36 in Winkeln ungleich 90° zur Drehachse 4 ausgerichtet sein. Weiterhin können auch die weitere erste und/oder die weitere zweite axiale Ringfläche 45,46 in Winkeln ungleich 90° zur Drehachse 4 ausgerichtet sein.

Claims

Ansprüche
1 . Verdichter (1 ) mit einem Gehäuse (2) und mit einem Rotor (3), wobei der Rotor (3) wenigstens auf einer Seite ein Verdichterrad (5, 13) aufweist, wobei zwischen dem Verdichterrad (5, 13) und dem Gehäuse (2) eine
Verdichterkammer (6, 14) ausgebildet ist, wobei der Rotor (3) drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Rotor (3) und dem Gehäuse (2) ein ringförmiger Dichtkanal (1 1 ) ausgebildet ist, wobei der Dichtkanal (1 1 ) von der
Verdichterkammer (6, 14) zu einem Bereich mit einem niedrigeren Druck geführt ist, wobei im Dichtkanal (1 1 ) wenigstens zwei Drosselabschnitte vorge- sehen sind, wobei in jedem der zwei Drosselabschnitte in Strömungsrichtung
(23) von der Verdichterkammer (6, 14) zu dem Bereich mit dem niedrigeren Druck gesehen zuerst ein erster Abschnitt mit einer Reduzierung (53, 55) des Querschnitts des Dichtkanals (1 1 ) und anschließend ein zweiter Abschnitt (52, 54, 56) mit einer Vergrößerung des Querschnittes des Dichtkanals (1 1 ) vorgesehen sind.
2. Verdichter nach Anspruch 1 , wobei zwischen dem Rotor (3) und dem Gehäuse (2) im Dichtkanal (1 1 ) zwei Konturen (21 , 22) vorgesehen sind, wobei die Konturen (21 , 22) in einer Ebene einer Drehachse (4) des Rotors (3) gesehen Stufen aufweisen, wobei die Stufen der Konturen (21 , 22) in der Weise ausgebildet sind, dass die zwei Drosselabschnitte (51 , 52, 53, 54) durch die Stufen der Konturen (21 , 22) realisiert sind.
3. Verdichter nach Anspruch 2, wobei die Konturen in Form einer aufsteigenden Treppe und in Form einer absteigenden Treppe ausgebildet sind.
4. Verdichter nach Anspruch 2, wobei die Konturen in Form wenigstens eines radialen Stegs (24) und wenigstens einer radialen Ausnehmung (28) ausgebildet sind, und wobei der Steg (24) in die Ausnehmung (28) eingreift.
Verdichter nach Anspruch 4, wobei die Ausnehmung (28) in axialer Richtung gesehen von unterschiedlich hohen Seitenwänden (45,46) begrenzt wird, und wobei der Steg (24) in radialer Richtung gesehen unterschiedlich hohe Seitenwände (35, 36) aufweist.
Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Abschnitt (51 , 53, 55) des Drosselabschnitts durch eine in Bezug auf eine Drehachse des Rotors gesehen radiale Engstelle (71 , 72, 73) zwischen dem Rotor (3) und dem Gehäuse (2) ausgebildet ist, und wobei der zweite Abschnitt (52, 54) des Drosselabschnitts durch einen in axialer Richtung parallel zur Drehachse des Rotors (3) gesehen axialen Abstand (81 , 82) zwischen dem Rotor (3) und dem Gehäuse (2) realisiert ist.
Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens drei oder mehr Drosselabschnitte (51 , 52, 53, 54, 55, 56) in Strömungsrichtung (23) gesehen im Dichtkanal (1 1 ) vorgesehen sind.
Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steg (24) ausgehend von dem Gehäuse (2) oder ausgehend von dem Rotor (3) einen ersten Abschnitt (61 ) aufweist, der in einen zweiten Abschnitt (62) übergeht, wobei in einer Ebene einer Drehachse (4) des Rotors (3) gesehen der erste Abschnitt (61 ) eine kleinere Breite als der zweite Abschnitt (62) aufweist.
Verdichter nach Anspruch 8, wobei der zweite Abschnitt (62) eine radial stirnseitig angeordnete ringförmige erste Fläche aufweist, die einer radial stirnseitig ringförmigen zweiten Fläche einer Ausnehmung in Form einer radialen Nut (28) zugeordnet ist, wobei insbesondere die erste und zweite Fläche parallel zueinander angeordnet sind.
10. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Verdichterrad (5) auf einer ersten Seite des Rotors (3) ausgebildet ist, wobei auf einer zur ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Rotors (3) ein weiteres Verdichterrad (13) ausgebildet ist, wobei das weitere
Verdichterrad (13) eine Hochdruckstufe und das Verdichterrad (5) eine Nie- derdruckstufe darstellen, wobei das weitere Verdichterrad (13) in einer weiteren Verdichterkammer (14) des Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei zwischen der Verdichterkammer (6) und der weiteren Verdichterkammer (14) der Dichtkanal (1 1 ) ausgebildet ist.
1 1 . Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotor (3) über ein berührungsfreies Lager drehbar am Gehäuse (2) gelagert ist, und wobei der Dichtkanal (1 1 ) im Bereich des Lagers ausgebildet ist.
12. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Rotor (3) und/oder am Gehäuse (2) ein Dichtelement (17) ausgebildet ist, wobei das Dichtelement (17) aus einem weicheren Material als der Rotor (3) bzw. das Gehäuse (2) ausgebildet ist, wobei das Dichtelement (17) wenigstens eine Seite wenigstens eines Drosselabschnittes darstellt.
13. Verdichter nach Anspruch 12, wobei das Dichtelement (17) am Gehäuse (2) ausgebildet ist, wobei im Dichtelement eine radiale Ausnehmung (28) ausgebildet ist, wobei am Rotor (3) ein radialer Steg (24) ausgebildet ist, der in die Ausnehmung (28) eingreift.
14. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verdichter als Turboverdichter ausgebildet ist.
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