WO2022073821A1 - Radialer verdichter und verfahren zum betreiben eines radialen verdichters - Google Patents

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WO2022073821A1 PCT/EP2021/076795 EP2021076795W WO2022073821A1 WO 2022073821 A1 WO2022073821 A1 WO 2022073821A1 EP 2021076795 W EP2021076795 W EP 2021076795W WO 2022073821 A1 WO2022073821 A1 WO 2022073821A1
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impeller
compressor
radial compressor
mass flow
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Tobias Reinhard OTT
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Robert Bosch Gmbh
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    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/584—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling or heating the machine

Definitions

  • the invention relates to a radial compressor with at least one impeller which is rotatably driven in a compressor housing and has a front wheel side and a rear wheel side, the front wheel side being provided with a number of moving blades for conveying a mass flow, the rear side of the impeller having blading with which during operation of the radial compressor on the rear side of the impeller, a second pressure distribution is generated, which counteracts a first pressure distribution on the front side of the wheel in order to reduce an axial force to be supported in the compressor housing.
  • the invention also relates to a method for operating such a radial compressor.
  • an impeller for a radial turbo compressor comprising a front side and a rear side of the wheel, the front side of the wheel being provided with a number of moving blades for conveying a medium, the rear side of the impeller having a number of blades , wherein the blades on the back of the impeller are shaped and arranged such that during operation of the centrifugal turbocompressor a second pressure distribution is generated by the blades on the back of the impeller which is identical to a first pressure distribution on the front of the impeller by less than ten percent deviates from the first pressure distribution in order to reduce an axial force to be supported on an axial bearing of the radial turbo compressor.
  • the object of the invention is to functionally improve a radial compressor according to the preamble of claim 1, in particular with regard to use as an air supply device in a fuel cell system.
  • a radial compressor with at least one impeller which is driven in a rotatable manner in a compressor housing and has a front impeller and a rear impeller the front impeller is provided with a number of moving blades for conveying a mass flow, the rear impeller side having blading during operation of the radial compressor on the rear side of the impeller, a second pressure distribution is generated, which counteracts a first pressure distribution on the front side of the wheel, in order to reduce an axial force to be supported in the compressor housing, solved in that the compressor housing is designed in this way and with the blading on the Wheel back of the impeller is combined that with the blading on the wheel back of the impeller during operation of the radial compressor in addition to the funded with the blades on the wheel front mass flow, a cooling air mass flow is promoted.
  • the impeller is driven, for example, with the aid of an electric motor in order to compress a medium, in particular air, supplied on the front side of the wheel. Therefore, the compressor is also referred to as an air compressor or air compressor.
  • the air compressed by the air compressor is supplied to a cathode of a fuel cell.
  • the compressor can be connected in terms of drive to a turbine, which is driven by an exhaust gas from the fuel cell.
  • the impeller is attached to a shaft, for example, which rotates about its axis of rotation when the radial compressor is in operation.
  • An axial direction is defined by the axis of rotation.
  • Axial means in the direction of or parallel to the axis of rotation of the impeller or shaft.
  • Analogously means radially across the axis of rotation of the impeller.
  • two radial bearings and one axial bearing are required to support the impeller with the shaft in the compressor housing.
  • the German patent application DE 10 2018 215 068 A1 mentioned at the outset describes how the axial force to be supported with the axial bearing in the compressor housing is caused by the blading of the Impeller on the back of the wheel can be reduced or compensated.
  • the blading on the rear side of the impeller also performs this function in the claimed radial compressor.
  • the blading on the rear side of the impeller is used during operation of the claimed radial compressor to convey cooling air.
  • the conveyed cooling air can then advantageously be used directly in the radial compressor itself, for example to cool the radial bearing and the axial bearing.
  • Bearing cooling is particularly advantageous when used in a fuel cell system because the radial compressor is operated there at extremely high speeds.
  • the bearings for supporting the impeller with the shaft are advantageously designed as air bearings.
  • a preferred exemplary embodiment of the radial compressor is characterized in that the radial compressor has an intake opening radially inside the blading on the rear side of the impeller, through which cooling air for the cooling air mass flow is sucked.
  • the suction opening can be implemented in a structurally simple manner, for example by allowing a defined play between the impeller or the shaft and the compressor housing.
  • the cooling air mass flow is first conveyed through the entire machine and is discharged at the end of the path by the back of the wheel blading.
  • a further preferred exemplary embodiment of the radial compressor is characterized in that the blading on the rear side of the impeller has a larger outside diameter than the moving blades on the front side of the impeller. This allows a greater pressure build-up on the back of the wheel to ensure that sufficient cooling air is conveyed. This provides the advantage that further mechanisms for impeller cooling and/or bearing cooling and/or rotor cooling can be omitted.
  • Another preferred exemplary embodiment of the radial compressor is characterized in that the impeller with the impeller blades on the front side of the impeller and the blading on the rear side of the impeller is arranged in the compressor housing in such a way that the cooling air mass flow conveyed with the blading on the rear side of the impeller is mixed with the the Rotor blades on the wheel front funded mass flow is brought together in the compressor housing.
  • This is particularly advantageous when used as an air compressor in a fuel cell system.
  • the total air mass flow can then be divided up in almost any way and used in the fuel cell system. The majority of the mass flow is compressed on the front and a small part is conveyed via the back of the wheel.
  • a further preferred exemplary embodiment of the radial compressor is characterized in that the radial compressor has a separating device which separates a fluid space on the front side of the wheel from a fluid space on the rear side of the impeller.
  • this makes it possible for different media to be conveyed, if necessary, on the front side of the wheel and the back side of the wheel.
  • a further preferred exemplary embodiment of the radial compressor is characterized in that the fluid space on the rear side of the impeller is acted upon on the pressure side essentially only by an ambient pressure.
  • the pressure on the suction side is lower than on the pressure side.
  • a further preferred exemplary embodiment of the radial compressor is characterized in that the separating device comprises a seal.
  • the seal is located at a suitable location on the compressor housing. With the seal, a separation between the fluid spaces on the front side of the wheel and the rear side of the wheel is made possible in a simple manner.
  • the above-mentioned object is alternatively or additionally achieved in that with the blading on the rear side of the impeller during operation of the radial compressor, a cooling air mass flow is promoted in addition to the mass flow conveyed with the rotor blades on the front side of the wheel , which is used in the radial compressor for cooling purposes.
  • bearings for example air bearings
  • in the radial compressor can be supplied with cooling air in a particularly effective manner. This enables operation of the radial compressor, in particular even at extremely high speeds, such as occur in the air supply in fuel cell systems.
  • a preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that the cooling air mass flow conveyed with the blading on the rear side of the impeller during operation of the radial compressor is sucked in and conveyed independently of the mass flow conveyed with the rotor blades on the front side of the impeller.
  • this provides the advantage that the cooling air does not have to be conveyed against a high pressure. This only applies if a sealing element is used between the front and rear of the wheel.
  • the invention may also relate to a compressor housing, a seal and/or an impeller for a radial compressor as described above.
  • the parts mentioned can be traded separately.
  • the invention may also relate to the use of such an impeller in a radial compressor as described above to provide an additional cooling air mass flow.
  • the invention may also relate to a fuel cell system with a radial compressor as described above.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a radial compressor with an impeller which has a similar pressure distribution on a front side of the wheel as on a rear side of the wheel, the pressure distributions being shown to the left and right of the radial compressor in Cartesian coordinate diagrams, according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a similar radial compressor as in FIG. 1 according to a second exemplary embodiment without the Cartesian coordinate diagrams with the pressure distributions.
  • the compressor 1 comprises a compressor housing 2 in which an impeller 3 is rotatably mounted.
  • the impeller 3 is fastened to a shaft 4, which is only indicated on the left in FIGS. 1 and 2 and is cut off on the right.
  • the impeller 3 is driven by an electric motor via the shaft 4 .
  • a corresponding electric motor for driving the impeller 3 is preferably arranged to the right of the impeller 3 in FIGS.
  • the electric motor comprises, for example, a rotor which is connected to the shaft 4 in a rotationally fixed manner.
  • a turbine is arranged on the shaft 4, preferably on the right-hand end of the shaft 4 not shown in FIGS.
  • the impeller 3 comprises on a front side 5 of the wheel, on the left in FIG. 1, rotor blades 7. On a rear side of the wheel 6, on the right in FIG Blades 7, left in Figure 1, indicated on the wheel front 5. An outer diameter of the blading 8 of the impeller 3, on the right in FIG. 1, on the rear side 6 of the impeller is indicated by an arrow 10.
  • the rotor blades 7 on the front side 5 of the wheel and the blading 8 on the back side 6 of the wheel are designed in such a way that the pressure distributions 11, 12 shown on the left and right of the compressor 1 in FIG. 1 result.
  • the pressure distributions 11 and 12 are each shown in a Cartesian coordinate diagram comprising an x-axis with the pressure and a y-axis with a radius of the impeller 3 in corresponding units.
  • An air mass flow is indicated by an arrow 13 in FIG.
  • An arrow 14 indicates a cooling air mass flow, which is also conveyed radially outwards with the blading 8 on the rear side 6 of the wheel.
  • a vertical arrow 15 in FIG. 1 indicates that the cooling air mass flow 14 is combined with the air mass flow 13 in the compressor housing 2 .
  • the total mass flow then exits through a volute 16 (not shown) on the compressor housing 2 .
  • a compressor housing 22 is combined with a separating device 27 in FIG.
  • the separating device 27 comprises a seal 25 within a volute 26 of the compressor housing 22.
  • an air mass flow 23 conveyed by the moving blades 7 on the front side 5 of the impeller is not combined with a cooling air mass flow 24 conveyed by the blading 8 on the back side 6 of the impeller 3 .
  • the two mass flows 23, 24 emerge independently of one another radially on the outside of the compressor housing 22.
  • an intake opening 28 is indicated radially inside the blading 8, which is only indicated by hatching, on the rear side 6 of the wheel, through which cooling air for the cooling air mass flow 14; 24 is sucked in.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen radialen Verdichter (1) mit mindestens einem in einem Verdichtergehäuse (2) drehbar angetriebenen Laufrad (3), das eine Radvorderseite (5) und eine Radrückseite (6) aufweist, wobei die Radvorderseite (5) zum Fördern eines Massenstroms (13) mit einer Anzahl von Laufschaufeln (7) versehen ist, wobei die Radrückseite (6) des Laufrads (3) eine Beschaufelung (8) aufweist, mit der im Betrieb des radialen Verdichters (1) auf der Radrückseite (6) des Laufrads (3) eine zweite Druckverteilung (12) erzeugt wird, die einer ersten Druckverteilung (11) auf der Radvorderseite (5) entgegenwirkt, um eine in dem Verdichtergehäuse (2) abzustützende Axialkraft zu reduzieren Um den radialen Verdichter (1), insbesondere im Hinblick auf eine Verwendung als Luftzuführvorrichtung in einem Brennstoffzellensystem, funktionell zu verbessern, ist das Verdichtergehäuse (2) so ausgeführt und mit der Beschaufelung (8) auf der Radrückseite (6) des Laufrads (3) kombiniert, dass mit der Beschaufelung (8) auf der Radrückseite (6) des Laufrads (3) im Betrieb des radialen Verdichters (1) zusätzlich zu dem mit den Laufschaufeln (7) auf der Radvorderseite (5) geförderten Massenstrom ein Kühlluftmassenstrom (14) gefördert wird.

Description

Beschreibung
Titel
Radialer Verdichter und Verfahren zum Betreiben eines radialen Verdichters
Die Erfindung betrifft einen radialen Verdichter mit mindestens einem in einem Verdichtergehäuse drehbar angetriebenen Laufrad, das eine Radvorderseite und eine Radrückseite aufweist, wobei die Radvorderseite zum Fördern eines Massenstroms mit einer Anzahl von Laufschaufeln versehen ist, wobei die Radrückseite des Laufrads eine Beschaufelung aufweist, mit der im Betrieb des radialen Verdichters auf der Radrückseite des Laufrads eine zweite Druckverteilung erzeugt wird, die einer ersten Druckverteilung auf der Radvorderseite entgegenwirkt, um eine in dem Verdichtergehäuse abzustützende Axialkraft zu reduzieren. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen radialen Verdichters.
Stand der Technik
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2018 215 068 Al ist ein Laufrad für einen radialen Turboverdichter umfassend eine Radvorderseite und eine Radrückseite bekannt, wobei die Radvorderseite zum Fördern eines Mediums mit einer Anzahl von Laufschaufeln versehen ist, wobei die Radrückseite des Laufrads eine Anzahl von Schaufeln aufweist, wobei die Schaufeln auf der Radrückseite so geformt und angeordnet sind, dass im Betrieb des radialen Turboverdichters durch die Schaufeln auf der Radrückseite des Laufrads eine zweite Druckverteilung erzeugt wird, die mit einer ersten Druckverteilung auf der Radvorderseite identisch ist oder um weniger als zehn Prozent von der ersten Druckverteilung abweicht, um eine an einem Axiallager des radialen Turboverdichters abzustützende Axialkraft zu reduzieren.
Offenbarung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, einen radialen Verdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere im Hinblick auf eine Verwendung als Luftzuführvorrichtung in einem Brennstoffzellensystem, funktionell zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem radialen Verdichter mit mindestens einem in einem Verdichtergehäuse drehbar angetriebenen Laufrad, das eine Radvorderseite und eine Radrückseite aufweist, wobei die Radvorderseite zum Fördern eines Massenstroms mit einer Anzahl von Laufschaufeln versehen ist, wobei die Radrückseite des Laufrads eine Beschaufelung aufweist, mit der im Betrieb des radialen Verdichters auf der Radrückseite des Laufrads eine zweite Druckverteilung erzeugt wird, die einer ersten Druckverteilung auf der Radvorderseite entgegenwirkt, um eine in dem Verdichtergehäuse abzustützende Axialkraft zu reduzieren, dadurch gelöst, dass das Verdichtergehäuse so ausgeführt und mit der Beschaufelung auf der Radrückseite des Laufrads kombiniert ist, dass mit der Beschaufelung auf der Radrückseite des Laufrads im Betrieb des radialen Verdichters zusätzlich zu dem mit den Laufschaufeln auf der Radvorderseite geförderten Massenstrom ein Kühlluftmassenstrom gefördert wird. Das Laufrad wird zum Beispiel mit Hilfe eines Elektromotors angetrieben, um ein auf der Radvorderseite zugeführtes Medium, insbesondere Luft, zu verdichten. Daher wird der Verdichter auch als Luftverdichter oder Luftkompressor bezeichnet. In einem Brennstoffzellensystem wird die mit dem Luftverdichter verdichtete Luft einer Kathode einer Brennstoffzelle zugeführt. Der Verdichter kann alternativ oder zusätzlich zu einem elektromotorischen Antrieb antriebsmäßig mit einer Turbine verbunden sein, die mit einem Abgas der Brennstoffzelle angetrieben wird. Das Laufrad ist zum Beispiel an einer Welle befestigt, die sich im Betrieb des radialen Verdichters um ihre Drehachse dreht. Durch die Drehachse wird eine axiale Richtung definiert. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse des Laufrads beziehungsweise der Welle. Analog bedeutet radial quer zur Drehachse des Laufrads. Zur Lagerung des Laufrads mit der Welle in dem Verdichtergehäuse werden zum Beispiel zwei Radiallager und ein Axiallager benötigt. In der eingangs genannten deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2018 215 068 Al ist beschrieben, wie die mit dem Axiallager in dem Verdichtergehäuse abzustützende Axialkraft durch die Beschaufelung des Laufrads auf der Radrückseite reduziert beziehungsweise ausgeglichen werden kann. Diese Funktion übt die Beschaufelung auf der Radrückseite des Laufrads auch bei dem beanspruchten radialen Verdichter aus. Darüber hinaus wird die Beschaufelung auf der Radrückseite des Laufrads im Betrieb des beanspruchten radialen Verdichters genutzt, um Kühlluft zu fördern. Die geförderte Kühlluft kann dann vorteilhaft direkt in dem radialen Verdichter selbst genutzt werden, um zum Beispiel die Radiallager und das Axiallager zu kühlen. Die Lagerkühlung ist insbesondere bei einem Einsatz in einem Brennstoffzellensystem vorteilhaft, weil der radiale Verdichter dort mit extrem hohen Drehzahlen betrieben wird. Die Lager zur Lagerung des Laufrads mit der Welle sind vorteilhaft als Luftlager ausgeführt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des radialen Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Verdichter radial innerhalb der Beschaufelung auf der Radrückseite des Laufrads eine Ansaugöffnung aufweist, durch welche Kühlluft für den Kühlluftmassenstrom angesaugt wird. Die Ansaugöffnung kann konstruktiv einfach realisiert werden, indem zum Beispiel ein definiertes Spiel zwischen dem Laufrad beziehungsweise der Welle und dem Verdichtergehäuse zugelassen wird. Der Kühlluftmassenstrom wird zunächst durch die gesamte Maschine gefördert und wird am Ende des Pfades von der Radrücken- Beschaufelung abgeführt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des radialen Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschaufelung auf der Radrückseite des Laufrads einen größeren Außendurchmesser aufweist als die Laufschaufeln auf der Radvorderseite. Dadurch wird auf der Radrückseite ein größerer Druckaufbau ermöglicht, um sicherzustellen, dass ausreichend Kühlluft gefördert wird. Das liefert den Vorteil, dass weitere Mechanismen zur Laufradkühlung und/oder Lagerkühlung und/oder einer Rotorkühlung entfallen können.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des radialen Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad mit den Laufschaufeln auf der Radvorderseite und der Beschaufelung auf der Radrückseite des Laufrads in dem Verdichtergehäuse so angeordnet ist, dass der mit der Beschaufelung auf der Radrückseite des Laufrads geförderte Kühlluftmassenstrom mit dem mit den Laufschaufeln auf der Radvorderseite geförderten Massenstrom in dem Verdichtergehäuse zusammengeführt wird. Das ist insbesondere bei einem Einsatz als Luftverdichter in einem Brennstoffzellensystem vorteilhaft. Der Gesamtluftmassenstrom kann dann nahezu beliebig aufgeteilt und in dem Brennstoffzellensystem verwendet werden. Der überwiegende Teil des Massenstroms wird auf der Vorderseite verdichtet und ein kleiner Teil wird über die Radrückseite gefördert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des radialen Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Verdichter eine Trennvorrichtung aufweist, die einen Fluidraum auf der Radvorderseite von einem Fluidraum auf der Radrückseite des Laufrads trennt. Dadurch wird zum einen ermöglicht, dass gegebenenfalls auf der Radvorderseite und der Radrückseite des Laufrads unterschiedliche Medien gefördert werden können. Normalerweise befindet sich auf beiden Seiten Luft. Darüber hinaus wird besonders vorteilhaft ermöglicht, dass im Betrieb des radialen Verdichters mit der Beschaufelung auf der Radrückseite die Kühlluft lediglich gegen nahezu Umgebungsdruck und nicht gegen den hohen Verdichtungsenddruck der Laufschaufeln auf der Radvorderseite fördert. So kann der förderbare Kühlluftmassenstrom wirksam erhöht werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des radialen Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidraum auf der Radrückseite des Laufrads druckseitig im Wesentlichen nur mit einem Umgebungsdruck beaufschlagt ist. Auf der Saugseite herrscht ein geringerer Druck als auf der Druckseite. Nach dem Durchlaufen der Beschaufelung auf der Radrückseite kann der Kühlluftmassenstrom dann vorteilhaft auch außerhalb des Verdichters genutzt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des radialen Verdichters ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung eine Dichtung umfasst. Die Dichtung ist an einer geeigneten Stelle des Verdichtergehäuses angeordnet. Mit der Dichtung wird auf einfache Art und Weise eine Trennung zwischen den Fluidräumen auf der Radvorderseite und der Radrückseite ermöglicht. Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen radialen Verdichters ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass mit der Beschaufelung auf der Radrückseite des Laufrads im Betrieb des radialen Verdichters zusätzlich zu dem mit den Laufschaufeln auf der Radvorderseite geförderten Massenstrom ein Kühlluftmassenstrom gefördert wird, der in dem radialen Verdichter zu Kühlzwecken genutzt wird. So können besonders effektiv Lager, zum Beispiel Luftlager, in dem radialen Verdichter mit Kühlluft versorgt werden. Dadurch wird ein Betrieb des radialen Verdichters insbesondere auch bei extrem hohen Drehzahlen, wie sie in Brennstoffzellensystemen in der Luftzuführung auftreten, ermöglicht.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Beschaufelung auf der Radrückseite des Laufrads im Betrieb des radialen Verdichters geförderte Kühlluftmassenstrom unabhängig von dem mit den Laufschaufeln auf der Radvorderseite geförderten Massenstrom angesaugt und gefördert wird. Das liefert insbesondere den Vorteil, dass die Kühlluft nicht gegen einen hohen Druck gefördert werden muss. Dies gilt nur für den Fall, dass ein Dichtelement zwischen der Radvorder- und Rückseite verwendet wird.
Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Verdichtergehäuse, eine Dichtung und/oder ein Laufrad für einen vorab beschriebenen radialen Verdichter. Die genannten Teile sind separat handelbar.
Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch die Verwendung eines derartigen Laufrads in einem vorab beschriebenen radialen Verdichter zur Bereitstellung eines zusätzlichen Kühlluftmassenstroms.
Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Brennstoffzellensystem mit einem vorab beschriebenen radialen Verdichter.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines radialen Verdichters mit einem Laufrad, das auf einer Radvorderseite eine ähnliche Druckverteilung wie auf einer Radrückseite aufweist, wobei die Druckverteilungen links und rechts von dem radialen Verdichter in kartesischen Koordinatendiagrammen gezeigt sind, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
Figur 2 einen ähnlichen radialen Verdichter wie in Figur 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ohne die kartesischen Koordinatendiagramme mit den Druckverteilungen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den Figuren 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele eines radialen Verdichters 1 schematisch dargestellt. Der Verdichter 1 umfasst ein Verdichtergehäuse 2, in welchem ein Laufrad 3 drehbar gelagert ist.
Das Laufrad 3 ist an einer Welle 4 befestigt, die in den Figuren 1 und 2 nur links angedeutet und rechts abgeschnitten ist. Über die Welle 4 ist das Laufrad 3 elektromotorisch angetrieben. Ein entsprechender Elektromotor zum Antrieb des Laufrads 3 ist in den Figuren 1 und 2 vorzugsweise rechts von dem Laufrad 3 angeordnet.
Der Elektromotor umfasst zum Beispiel einen Rotor, der drehfest mit der Welle 4 verbunden ist. Darüber hinaus ist an der Welle 4, vorzugsweise an dem in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellten rechten Ende der Welle 4, eine Turbine angeordnet, die alternativ oder zusätzlich zu dem elektrischen Antrieb dazu dient, das Laufrad 3 des Verdichters 1 anzutreiben.
Das Laufrad 3 umfasst auf einer Radvorderseite 5, in Figur 1 links, Laufschaufeln 7. Auf einer Radrückseite 6, in Figur 1 rechts, umfasst das Laufrad 3 eine Beschaufelung 8. Durch einen Pfeil 9 ist ein Außendurchmesser der Laufschaufeln 7, in Figur 1 links, auf der Radvorderseite 5 angedeutet. Durch einen Pfeil 10 ist ein Außendurchmesser der Beschaufelung 8 des Laufrads 3, in Figur 1 rechts, auf der Radrückseite 6 angedeutet.
Die Laufschaufeln 7 auf der Radvorderseite 5 und die Beschaufelung 8 auf der Radrückseite 6 sind so gestaltet, dass sich die in Figur 1 links und rechts des Verdichters 1 dargestellten Druckverteilungen 11, 12 ergeben. Die Druckverteilungen 11 und 12 sind jeweils in einem kartesischen Koordinatendiagramm dargestellt, das eine x-Achse mit dem Druck und einer y- Achse mit einem Radius des Laufrads 3 in entsprechenden Einheiten umfasst.
Durch einen Pfeil 13 ist in Figur 1 ein Luftmassenstrom angedeutet, der im Betrieb des Verdichters 1 mit den Laufschaufeln 7 auf der Radvorderseite 5 radial nach außen gefördert wird. Durch einen Pfeil 14 ist ein Kühlluftmassenstrom angedeutet, der mit der Beschaufelung 8 auf der Radrückseite 6 ebenfalls radial nach außen gefördert wird.
Durch einen vertikal verlaufenden Pfeil 15 ist in Figur 1 angedeutet, dass der Kühlluftmassenstrom 14 in dem Verdichtergehäuse 2 mit dem Luftmassenstrom 13 zusammengeführt wird. Der Gesamtmassenstrom tritt dann durch eine nicht näher dargestellte Volute 16 am Verdichtergehäuse 2 aus.
In Figur 2 werden zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile wie in Figur 1 die gleichen Bezugszeichen verwendet. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen eingegangen. Ein Verdichtergehäuse 22 ist in Figur 2 mit einer Trennvorrichtung 27 kombiniert. Die Trennvorrichtung 27 umfasst eine Dichtung 25 innerhalb einer Volute 26 des Verdichtergehäuses 22.
Ein mit den Laufschaufeln 7 auf der Radvorderseite 5 geförderter Luftmassenstrom 23 wird in Figur 2 nicht mit einem mit der Beschaufelung 8 auf der Radrückseite 6 des Laufrads 3 geförderten Kühlluftmassenstrom 24 zusammengeführt. Die beiden Massenströme 23, 24 treten unabhängig voneinander radial außen am Verdichtergehäuse 22 aus. In den Figuren 1 und 2 ist radial innerhalb der nur durch eine Schraffur angedeuteten Beschaufelung 8 auf der Radrückseite 6 eine Ansaugöffnung 28 angedeutet, durch welche Kühlluft für den Kühlluftmassenstrom 14; 24 angesaugt wird.

Claims

- 9 - Ansprüche
1. Radialer Verdichter (1) mit mindestens einem in einem Verdichtergehäuse (2) drehbar angetriebenen Laufrad (3), das eine Radvorderseite (5) und eine Radrückseite (6) aufweist, wobei die Radvorderseite (5) zum Fördern eines Massenstroms (13;23) mit einer Anzahl von Laufschaufeln (7) versehen ist, wobei die Radrückseite (6) des Laufrads (3) eine Beschaufelung (8) aufweist, mit der im Betrieb des radialen Verdichters (1) auf der Radrückseite (6) des Laufrads (3) eine zweite Druckverteilung (12) erzeugt wird, die einer ersten Druckverteilung (11) auf der Radvorderseite (5) entgegenwirkt, um eine in dem Verdichtergehäuse (2) abzustützende Axialkraft zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtergehäuse (2) so ausgeführt und mit der Beschaufelung (8) auf der Radrückseite (6) des Laufrads (3) kombiniert ist, dass mit der Beschaufelung (8) auf der Radrückseite (6) des Laufrads (3) im Betrieb des radialen Verdichters (1) zusätzlich zu dem mit den Laufschaufeln (7) auf der Radvorderseite (5) geförderten Massenstrom ein Kühlluftmassenstrom (14;24) gefördert wird.
2. Radialer Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Verdichter (1) radial innerhalb der Beschaufelung (8) auf der Radrückseite (6) des Laufrads (3) eine Ansaugöffnung (28) aufweist, durch welche der Kühlluftmassenstrom (14;24) einzelne Passagen des Verdichters (1) durchlaufen hat, aus der Maschine gefördert wird.
3. Radialer Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschaufelung (8) auf der Radrückseite (6) des Laufrads (3) einen größeren Außendurchmesser (10) aufweist als die Laufschaufeln (7) auf der Radvorderseite (5).
4. Radialer Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (3) mit den Laufschaufeln (7) auf der Radvorderseite (5) und der Beschaufelung (8) auf der Radrückseite (6) des Laufrads (3) in dem Verdichtergehäuse (2) so angeordnet ist, dass der mit der Beschaufelung (8) auf der Radrückseite (6) des Laufrads (3) geförderte Kühlluftmassenstrom (14) mit dem mit den Laufschaufeln (7) auf der Radvorderseite (5) geförderten Massenstrom (13) in dem Verdichtergehäuse (2) zusammengeführt wird. Radialer Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Verdichter (1) eine Trennvorrichtung (27) aufweist, die einen Fluidraum auf der Radvorderseite (5) von einem Fluidraum auf der Radrückseite (6) des Laufrads (3) trennt. Radialer Verdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidraum auf der Radrückseite (6) des Laufrads (3) druckseitig mit einem Umgebungsdruck beaufschlagt ist. Radialer Verdichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (27) eine Dichtung (25) umfasst. Verfahren zum Betreiben eines radialen Verdichters (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Beschaufelung (8) auf der Radrückseite (6) des Laufrads (3) im Betrieb des radialen Verdichters (1) zusätzlich zu dem mit den Laufschaufeln (7) auf der Radvorderseite (5) geförderten Massenstrom (13) ein Kühlluftmassenstrom (14) gefördert wird, der in dem radialen Verdichter (1) zu Kühlzwecken genutzt wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Beschaufelung (8) auf der Radrückseite (6) des Laufrads (3) im Betrieb des radialen Verdichters (1) geförderte Kühlluftmassenstrom (24) unabhängig von dem mit den Laufschaufeln (7) auf der Radvorderseite (5) geförderten Massenstrom (23) angesaugt und gefördert wird. Verdichtergehäuse (2), Dichtung (25) und/oder Laufrad (3) für einen radialen Verdichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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