DE102009023188B4 - Turbomachine with arranged inside a hollow shaft impeller - Google Patents
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Abstract
Strömungsmaschine (10) mit
– einer drehbar gelagerten Hohlwelle (38), die eine kreiszylindrische Form hat sowie eine Eintrittsöffnung (42) zum Eintritt eines Fluids ins Innere der Hohlwelle (38) und eine Austrittsöffnung (44) zum Austritt des Fluids aus dem Inneren der Hohlwelle (38) aufweist, und
– einem im Inneren der Hohlwelle (38) angeordneten Laufrad (46),
– wobei das Laufrad (46) an der drehbar gelagerten Hohlwelle (38) befestigt ist.Turbomachine (10) with
- A rotatably mounted hollow shaft (38) which has a circular cylindrical shape and an inlet opening (42) for entry of a fluid into the interior of the hollow shaft (38) and an outlet opening (44) for the exit of the fluid from the interior of the hollow shaft (38) , and
An impeller (46) arranged in the interior of the hollow shaft (38),
- Wherein the impeller (46) is fixed to the rotatably mounted hollow shaft (38).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einem Laufrad.The present invention relates to a turbomachine with an impeller.
Eine solche Strömungsmaschine ist aus der
Die Patentschrift
Die Patentschrift
Die Offenlegungsschrift
Die Patentschrift
Aus der
Aus der
Die
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zuverlässig und sicher funktionierende Strömungsmaschine zur Verfügung zu stellen, die einen einfachen Aufbau aufweist und kostengünstig herstellbar ist.It is the object of the present invention to provide a reliably and safely functioning turbomachine, which has a simple construction and can be produced cost-effectively.
Diese Aufgabe wird gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.This object is achieved according to the technical teaching of claim 1. advantageous Embodiments of the invention may be taken from the dependent claims.
Erfindungsgemäß enthält die Strömungsmaschine eine drehbar gelagerte Hohlwelle, die eine kreiszylindrische Form hat sowie eine Eintrittsöffnung zum Eintritt eines Fluids ins Innere der Hohlwelle und eine Austrittsöffnung zum Austritt des Fluids aus dem Inneren der Hohlwelle aufweist. Das Laufrad ist dabei im Inneren der Hohlwelle angeordnet. Ferner ist das Laufrad an der drehbar gelagerten Hohlwelle befestigt.According to the turbomachine includes a rotatably mounted hollow shaft having a circular cylindrical shape and having an inlet opening for the entry of a fluid into the interior of the hollow shaft and an outlet opening for the exit of the fluid from the interior of the hollow shaft. The impeller is arranged inside the hollow shaft. Furthermore, the impeller is fixed to the rotatably mounted hollow shaft.
Aufgrund der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise eine sehr kompakte Bauweise der Strömungsmaschine ermöglicht werden. Auf kleinem Bauraum können hohe Leistungen der Strömungsmaschine erreicht werden. Ferner kann ein hoher, insbesondere mechanischer Wirkungsgrad gewährleistet werden. Unter dem Fluid wird hier insbesondere eine Flüssigkeit, ein Gas oder eine Mischung daraus und/oder mit einem Feststoff verstanden. Insbesondere bildet die Hohlwelle der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine in ihrem Inneren einen Strömungskanal oder -raum für das Fluid aus, in dem das Laufrad vorteilhafterweise platzsparend angeordnet ist. Die Strömungsmaschine weist vorteilhafterweise ein Gehäuse auf, wobei die Hohlwelle in dem Gehäuse angeordnet ist. Dadurch können die Bestandteile der Strömungsmaschine besonders gut geschützt vor schädlichen äußeren Einflüssen angeordnet werden. Durch das Befestigen des Laufrads an der drehbar gelagerten Hohlwelle kann auf technisch einfache Weise eine Drehbewegung der Hohlwelle auf das Laufrad übertragen werden. Die Befestigung des Laufrads an der Hohlwelle ist einfachheitshalber insbesondere an der inneren Mantelfläche der Hohlwelle realisiert.Due to the present invention advantageously a very compact design of the turbomachine can be made possible. In a small space high performance of the turbomachine can be achieved. Furthermore, a high, in particular mechanical efficiency can be ensured. The fluid is understood here to mean, in particular, a liquid, a gas or a mixture thereof and / or with a solid. In particular, the hollow shaft of the turbomachine according to the invention forms in its interior a flow channel or space for the fluid, in which the impeller is advantageously arranged to save space. The turbomachine advantageously has a housing, wherein the hollow shaft is arranged in the housing. As a result, the components of the turbomachine can be particularly well protected against harmful external influences. By attaching the impeller on the rotatably mounted hollow shaft, a rotational movement of the hollow shaft can be transmitted to the impeller in a technically simple manner. The attachment of the impeller on the hollow shaft is realized for simplicity, in particular on the inner circumferential surface of the hollow shaft.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Laufrad mittels wenigstens einer seiner Schaufeln an der Hohlwelle befestigt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Befestigung des Laufrads an der Hohlwelle. Die wenigstens eine der Schaufeln erstreckt sich vorteilhafterweise radial in Richtung der Hohlwelle und kommt dieser zumindest sehr nahe.In a further advantageous embodiment, the impeller is fastened by means of at least one of its blades on the hollow shaft. This allows a particularly simple attachment of the impeller on the hollow shaft. The at least one of the blades advantageously extends radially in the direction of the hollow shaft and comes at least very close.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Laufrad mittels einer Hülse an der Hohlwelle befestigt. Dadurch ist auf kostengünstige Weise eine besonders sichere und langlebige Fixierung des Laufrads an der Hohlwelle gewährleistet. Bei dieser Art der Befestigung kontaktieren insbesondere die in radialer Richtung äußeren Enden von Schaufeln des Laufrads die Hülse. Eine stabile Verbindung zwischen diesen Schaufeln und der Hülse wird vorteilhafterweise über einen Druckkontakt erreicht. Die Hülse ist vorteilhafterweise platzsparend im Innern der Hohlwelle insbesondere an ihrer inneren Mantelfläche angeordnet. Die Hülse ist insbesondere ring- oder rohrförmig ausgestaltet. Die Hülse kann vorteilhafterweise zweigeteilt sein, so dass, in axialer Richtung betrachtet, ein Teil der Hülse auf der einen Seite und ein anderer Teil der Hülse auf der anderen Seite des Laufrads angeordnet ist. Das Laufrad ist dann in axialer Richtung zwischen die beiden Teile der Hülse geklemmt.In a particularly preferred embodiment of the invention, the impeller is fixed by means of a sleeve on the hollow shaft. As a result, a particularly secure and durable fixation of the impeller on the hollow shaft is ensured in a cost effective manner. In this type of attachment in particular contact the radially outer ends of blades of the impeller sleeve. A stable connection between these blades and the sleeve is advantageously achieved via a pressure contact. The sleeve is advantageously arranged to save space in the interior of the hollow shaft, in particular on its inner circumferential surface. The sleeve is designed in particular annular or tubular. The sleeve can advantageously be divided into two, so that, viewed in the axial direction, a part of the sleeve is arranged on one side and another part of the sleeve on the other side of the impeller. The impeller is then clamped in the axial direction between the two parts of the sleeve.
Besonders vorteilhaft ist die Hülse so ausgestaltet und angeordnet, dass mit ihr eine Kraft in radialer Richtung nach außen ausübbar ist. Dadurch wird vorteilhafterweise ein besonders guter und sicherer Zusammenhalt der Anordnung erreicht. Vorteilhafterweise ist die Hülse bei ihrer Montage in radialer Richtung vorgespannt und übt im eingebauten Zustand eine Druckkraft auf die innere Mantelfläche der Hohlwelle aus.Particularly advantageously, the sleeve is configured and arranged so that with it a force in the radial direction can be exerted to the outside. As a result, a particularly good and secure cohesion of the arrangement is advantageously achieved. Advantageously, the sleeve is biased during their assembly in the radial direction and exerts in the installed state, a compressive force on the inner circumferential surface of the hollow shaft.
Vorteilhafterweise greift eine elektrische Maschine an der Hohlwelle an. Dabei kann einfachheitshalber eine Drehbewegung von der elektrischen Maschine auf die Hohlwelle oder von dieser auf die elektrische Maschine übertragen werden. Vorteilhafterweise ist die elektrische Maschine dabei insbesondere unmittelbar mit der Hohlwelle verbunden. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine ein Motor. Dieser Motor dient zum sicheren Antreiben der drehbar gelagerten Hohlwelle. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung stellt die Hohlwelle eine Motorwelle dar, die selbst aktiver Strömungsraum ist und so ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb von dem Fluid durchströmt wird. Der Motor selbst wird somit, insbesondere axial, von dem Fluid durchströmt.Advantageously, an electric machine acts on the hollow shaft. In this case, for simplicity's sake, a rotational movement can be transmitted from the electric machine to the hollow shaft or from this to the electric machine. Advantageously, the electric machine is in particular directly connected to the hollow shaft. Preferably, the electric machine is a motor. This motor is used for safe driving of the rotatably mounted hollow shaft. In this advantageous embodiment, the hollow shaft is a motor shaft, which is itself active flow space and is designed so that it flows through the fluid during operation. The motor itself is thus flowed through, in particular axially, by the fluid.
Bevorzugt weist die elektrische Maschine einen Läufer auf, der an der Hohlwelle angeordnet ist. Dies gewährleistet eine besonders kompakte Ausführung der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine. Die elektrische Maschine ist vorteilhafterweise eine Asynchronmaschine. Diese ist besonders robust, wartungsarm und zuverlässig. Vorteilhafterweise ist der Läufer außen an der Hohlwelle angeordnet.Preferably, the electric machine has a rotor which is arranged on the hollow shaft. This ensures a particularly compact design of the turbomachine according to the invention. The electric machine is advantageously an asynchronous machine. This is particularly robust, low maintenance and reliable. Advantageously, the rotor is arranged on the outside of the hollow shaft.
Besonders bevorzugt ist der Läufer ring- oder rohrförmig ausgestaltet und koaxial an der äußeren Mantelfläche der Hohlwelle angeordnet. Dadurch wird eine noch kompaktere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine möglich. Ferner kann eine besonders gute und sichere Übertragung der Antriebskraft von dem Läufer auf die Hohlwelle gewährleistet werden.Particularly preferably, the rotor is designed ring or tubular and arranged coaxially on the outer circumferential surface of the hollow shaft. As a result, an even more compact design of the turbomachine according to the invention becomes possible. Furthermore, a particularly good and safe transmission of the driving force from the rotor to the hollow shaft can be ensured.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Stator der elektrischen Maschine benachbart zum Läufer angeordnet. Der Stator ist dabei, in radialer Richtung betrachtet, auf der der Hohlwelle abgewandten Seite des Läufers angeordnet. Dadurch kann vorteilhafterweise eine zuverlässige Funktionsweise der elektrischen Maschine gewährleistet werden. Ferner wird eine noch weiter verbesserte Kompaktheit der Strömungsmaschine erreicht. Der Stator ist insbesondere ring- oder rohrförmig und vorteilhafterweise koaxial um den Läufer herum angeordnet.In an advantageous embodiment of the invention, a stator of the electric machine is arranged adjacent to the rotor. The stator is, viewed in the radial direction, arranged on the side facing away from the hollow shaft of the rotor. This can advantageously be ensured a reliable operation of the electric machine. Further, one will go further improved compactness of the turbomachine achieved. The stator is in particular annular or tubular and advantageously arranged coaxially around the rotor.
Vorzugsweise ist die Hohlwelle zumindest teilweise aus einem flexiblen Material. Dadurch kann die Hohlwelle besonders gut montiert werden. Das Material ist insbesondere in radialer Richtung nach außen biegsam. Damit kann eine besonders gute und zuverlässige Lagerung der Hohlwelle erreicht werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine in radialer Richtung nach außen wirkende Druckkraft auf die Hohlwelle ausgeübt wird, die von dieser aufgrund ihres flexiblen Materials auf eine an ihrer äußeren Mantelfläche angeordnete Lagerung übertragen wird. Insbesondere im Zusammenspiel mit der im Innern der Hohlwelle angeordneten Hülse zum Fixieren des Laufrads ist diese Ausgestaltung der Hohlwelle besonders vorteilhaft.Preferably, the hollow shaft is at least partially made of a flexible material. As a result, the hollow shaft can be mounted particularly well. The material is particularly flexible in the radial direction outwards. This allows a particularly good and reliable storage of the hollow shaft can be achieved. This is especially true when a radially outwardly acting compressive force is exerted on the hollow shaft, which is transmitted from this due to their flexible material to a arranged on its outer circumferential surface storage. In particular, in conjunction with the sleeve arranged in the interior of the hollow shaft for fixing the impeller, this embodiment of the hollow shaft is particularly advantageous.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Hohlwelle zumindest teilweise aus einem Kunststoffmaterial. Dies ist vorteilhafterweise kostengünstig. Durch ein solches Material lässt sich ferner auf besonders einfache Weise eine ausreichend gute Flexibilität oder Biegsamkeit der Hohlwelle erreichen. Des Weiteren kann ein solches Kunststoffmaterial für den zuverlässigen Betrieb der elektrischen Maschine zum Antreiben der Hohlwelle unter Umständen vorteilhaft sein, indem es die Induktionsverläufe der elektrischen Maschine nicht beeinflusst.In a further advantageous embodiment, the hollow shaft is at least partially made of a plastic material. This is advantageously inexpensive. By means of such a material, furthermore, a sufficiently good flexibility or flexibility of the hollow shaft can be achieved in a particularly simple manner. Furthermore, such a plastic material may be advantageous for the reliable operation of the electric machine for driving the hollow shaft in that it does not influence the induction curves of the electric machine.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Dichtungselement, insbesondere eine Gleitringdichtung, zum Abdichten der drehbar gelagerten Hohlwelle gegenüber einem ortsfest in der Strömungsmaschine angeordneten Trägerbauteil zum Halten eines Lagerelements zum drehbaren Lagern der Hohlwelle vorhanden. Dadurch kann die Hohlwelle und vorteilhafterweise das zu ihrem drehbaren Lagern eingesetzte Lagerelement insbesondere vor schädlichen Umwelteinflüssen geschützt werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, a sealing element, in particular a mechanical seal, for sealing the rotatably mounted hollow shaft against a stationary arranged in the turbomachine support member for holding a bearing member for rotatably supporting the hollow shaft is present. As a result, the hollow shaft and advantageously the bearing element used for its rotatable bearings can be protected in particular against harmful environmental influences.
Besonders vorteilhaft ist ein Versorgungskanal zum Versorgen des Dichtungselements mit einem Teil des Fluids vorhanden. Dadurch kann vorteilhafterweise ein zuverlässiges Erhalten der Funktionalität des Dichtungselements gewährleistet werden. Es kann zumindest weitgehend sichergestellt werden, dass ein Eindringen von z. B. Luft in das Dichtungselement verhindert wird. Einfachheitshalber wird diese Funktion mit dem Teil des Fluids selbst erreicht.Particularly advantageous is a supply channel for supplying the sealing element with a part of the fluid present. As a result, a reliable maintenance of the functionality of the sealing element can advantageously be ensured. It can be at least largely ensured that an intrusion of z. B. air is prevented in the sealing element. For the sake of simplicity, this function is achieved with the part of the fluid itself.
Bevorzugt weist der Versorgungskanal eine, in eine Strömungsrichtung des Fluids betrachtet, vor der Eintrittsöffnung der Hohlwelle ausgebildete Abzweigung zum Abzweigen des Teils des Fluids vor dessen Eintritt in die Hohlwelle und eine, in die Strömungsrichtung des Fluids betrachtet, hinter der Austrittsöffnung der Hohlwelle ausgebildete Zusammenführung zum Zusammenführen des aus der Hohlwelle austretenden Fluids mit dem abgezweigten Teil des Fluids auf. Dadurch kann der Versorgungskanal und dessen Füllen mit dem Teil des Fluids besonders einfach und zuverlässig erreicht werden. Ferner kann durch das Zusammenführen des aus der Hohlwelle austretenden Fluids mit dem abgezweigten Teil des Fluids auf einfache Weise gewährleistet werden, dass das abgezweigte Fluid nach Ausführen seiner Funktion aus dem Versorgungskanal ausfließen kann. Die Strömung des Fluids kann vorteilhafterweise dazu ausgenutzt werden, das Dichtungselement mit dem Fluid zu versorgen.Preferably, the supply channel, viewed in a flow direction of the fluid, formed in front of the inlet opening of the hollow shaft branch for branching off the part of the fluid before it enters the hollow shaft and, viewed in the flow direction of the fluid, behind the outlet opening of the hollow shaft formed for merging Merging the emerging from the hollow shaft fluid with the diverted portion of the fluid. Thereby, the supply channel and its filling with the part of the fluid can be achieved particularly easily and reliably. Furthermore, by combining the fluid emerging from the hollow shaft with the branched-off portion of the fluid, it can be ensured in a simple manner that the branched off fluid can flow out of the supply channel after carrying out its function. The flow of the fluid can advantageously be exploited to supply the sealing element with the fluid.
Besonders bevorzugt ist die Strömungsmaschine eine Pumpe. Eine solche Pumpe kann aufgrund der erfindungsgemäßen Bauweise besonders effizient arbeiten und zuverlässig insbesondere in einem engen Bauraum das Fluid fördern.Particularly preferably, the turbomachine is a pump. Such a pump can work very efficiently due to the construction according to the invention and reliably promote the fluid in particular in a confined space.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention and its advantages will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in the schematic figures of the drawing. Show it:
Im Folgenden werden, sofern nicht anders angegeben, für gleiche oder gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.In the following, unless otherwise stated, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements.
Im Innern der Pumpe
Im Inneren der Hohlwelle
Die Hohlwelle
Der axial außen liegende Hülsenteil
Zwischen den beiden Lagerträgern
Der Stator
Um eine gute Funktionsfähigkeit der Anordnung, insbesondere der Drehbarkeit der Hohlwelle
Das in den Aufnahmeraum
In dem obigen Ausführungsbeispiel ist eine Pumpe als erfindungsgemäße Strömungsmaschine beschrieben. Die Erfindung ist allerdings nicht auf eine Pumpe als Strömungsmaschine beschränkt. Es ist ebenso möglich, die vorliegende Erfindung für eine andere Strömungsmaschine, wie z. B. eine Turbine oder einen Verdichter, einzusetzen. Beispielsweise lässt sich die Erfindung auch bei einem Generator einsetzen; der dadurch vorteilhafterweise besonders kompakt realisierbar ist. Insbesondere ist die Erfindung für eine Strömungsmaschine, wie z. B. ein Gebläse oder ein Windrad, etc., besonders vorteilhaft, die mit einem kompressiblen Fluid betreibbar ist.In the above embodiment, a pump is described as a turbomachine according to the invention. However, the invention is not limited to a pump as turbomachine. It is also possible, the present invention for another turbomachine, such. As a turbine or a compressor to use. For example, the invention can also be used in a generator; which is advantageously particularly compact realized thereby. In particular, the invention for a turbomachine, such. As a blower or a wind turbine, etc., particularly advantageous, which is operable with a compressible fluid.
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