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Die Erfindung betrifft eine Radialturbofluidenergiemaschine, insbesondere einen Turboverdichter, mit einem Gussgehäuse, dass sich entlang einer Achse erstreckt, wobei das Gussgehäuse einen Gehäusemantel aufweist, wobei das Gussgehäuse eine axiale Hochdruckseite ausweist, wobei das Gussgehäuse eine axiale Niederdruckseite aufweist, wobei der Gehäusemantel in Umfangsrichtung ungeteilt ausgebildet ist, wobei die Radialturbofluidenergiemaschine einen sich durch das Gussgehäuse entlang der Achse erstreckenden Rotor ausweist.
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Radialturbofluidenergiemaschinen der eingangs definierten Art finden als Turboverdichter häufig Anwendung in Form von Pipelinekompressoren zur Förderung von Erdgas. In Abhängigkeit von den thermodynamischen Anforderungen an den Turboverdichter ist eine bestimmte Anzahl an Laufrädern an dem Rotor vorzusehen und die strömungsführenden Komponenten sind aerodynamisch anzupassen, insbesondere ein spiralförmiger Sammelraum, auch als Hochdruckspirale bezeichnet, stromabwärts der letzten Verdichterstufe.
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Die gattungsgemäßen Radialturbofluidenergiemaschinen werden in der Regel als kompakte Einheit mit einem Antrieb oder Abtrieb auf einer gemeinsamen Plattform zur Verfügung gestellt. Bei einer Wartung oder einer Inspektion an der Radialturbofluidenergiemaschine ist eine Öffnung eines Gehäuses in der Regel obligatorisch, wobei es bevorzugt ist, einen Aufwand an den sonstigen angeschlossenen Aggregaten zu vermeiden. Insbesondere soll ein Antrieb oder Abtrieb der Radialturbofluidenergiemaschine nicht bewegt werden müssen.
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Die eingangs definierten Aggregate sind bevorzugt in Topfbauweise konstruiert, so dass es an dem Gehäuse keine sich entlang der zentralen Achse beziehungsweise Rotationsachse erstreckende Teilfuge gibt. Da die Maschinen in der Regel horizontal aufgestellt werden, wird diese Art der Teilfuge dann auch als horizontale Teilfuge bezeichnet. Eine Teilfuge geht mit lokalen in dem Bereich der Teilfuge notwendigen Materialkonzentrationen einher, die einerseits Bauraum, andererseits zusätzlichen Werkstoff erfordern und außerdem Steifigkeitssprünge in dem Gehäuse verursachen. Die Vermeidung der horizontalen Teilfuge hat bei der Topfbauweise auch den Vorteil, dass unter den mechanischen und thermischen Belastungen an dem Gehäuse keine in Umgangsrichtung asymmetrischen Verformungen auftreten, die zu Ausrichtproblemen und zu Leckagen in der Teilfuge führen können.
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In der Terminologie dieses Dokumentes bedeutet die Bezugnahme auf eine Achse stets die Bezugnahme auf die zentrale Erstreckungsachse des Gehäuses – wenn nicht anders angegeben. Insbesondere sind Begriffe, wie axial, radial, tangential oder Umfangsrichtung auf diese Achse bezogen.
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Die bevorzugte Anwendung der Erfindung sind Radialturboverdichter, insbesondere ausgebildet als Pipelineverdichter zur Verdichtung von Erdgas. Alternativ kann die erfindungsgemäße Radialturbofluidenergiemaschine auch als Expander ausgebildet sein. Im Wesentlichen ist eine derartige Ausbildung identisch unter Umkehr der Strömungsrichtung.
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Die Begriffe „Hochdruck“ und „Niederdruck“ sind im Rahmen dieses Dokumentes derart zu verstehen, dass im Normalbetrieb der erfindungsgemäßen Maschine im Bereich des Niederdrucks ein geringerer Druck herrscht als im Bereich des Hochdrucks. Niederdruck bedeutet nicht zwingend, dass sich das dort herrschende Druckniveau in der Größenordnung des atmosphärischen Druckes oder darunter befindet.
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In 1 ist eine herkömmliche Radialturbofluidenergiemaschine in Form eines Radialverdichters als Längsschnitt schematisch wiedergegeben. Die gezeigte Radialturbofluidenergiemaschine RFM umfasst einen Rotor R, der sich entlang einer Achse X erstreckt und die Impeller IMP umfasst, im einzelnen in Strömungsrichtung: einen ersten Impeller IMP1, einen zweiten Impeller IMP 2 und einen dritten Impeller IMP3. Ein Prozessfluid PF gelangt durch den Einlass eines Gehäuses CAS in das Innere der Maschine und wird mittels der Impeller IMP und mittels zwischen den Impellern stationär angeordneter Zwischenböden auf einen Enddruck verdichtet. Nach dem dritten Impeller IMP3 wird das Prozessfluid PF in einer Hochdruckspirale HSP gesammelt, bevor es das Gehäuse CAS durch einen Austritt radial verlässt. Das Gehäuse CAS umfasst im Wesentlichen einen Gehäusemantel CCV, auf einer Niederdruckseite einen Niederdruckdeckel LPC und auf einer Hochdruckseite einen Hochdruckdeckel HPC. Die Hochdruckspirale HSP beansprucht so viel radialen Bauraum, dass das Gehäuse CAS unter Optimierung des Materialbedarfs und des Bauraumbedarfs glockenförmig ausgebildet ist, wobei der größere Außen- und Innendurchmesser auf der Hochdruckseite bedingt durch die Hochdruckspirale HSP vorgesehen ist. Dementsprechend groß muss der Hochdruckdeckel HPC des Gehäuses CAS insbesondere hinsichtlich des Durchmessers ausgebildet sein und aufgrund des Druckes auch hinsichtlich seiner Stärke hinreichend dimensioniert und an dem Gehäusemantel CCV aufwändig befestigt werden. Der Durchmesser des Hochdruckdeckels prägt die Gesamtgröße der Maschine und verursacht hohe Kosten.
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Aufgrund der erforderlichen Glockenform des Gehäuses CAS ist die Mantelfläche auch nicht annähernd zylindrisch und Wände der Mantelfläche sind gebogen. Das wegen der Abmessungen der Hochdruckspirale HSP ebenfalls glockenförmig ausgebildete Innenbündel IB kann nur entlang einer ersten axialen Montagerichtung DX1 in das Gehäuse CAS beziehungsweise den Gehäusemantel CCV eingeführt werden. Die Einführung des Innenbündels IB erfolgt durch die Öffnung des Gehäusemantels seitens des Hochdruckdeckels HPC. Infolge der Glockenform auch an dem Innendurchmesser des Gehäuses CAS gestaltet sich eine Abstützung des Innenbündels IB in dem Gehäusemantel unmöglich während der Montage, so dass man mit einem sogenannten Schachtelhalm das Innenbündel IB entlang des Rotors verlängert und außerhalb des Gehäuses CAS auf der Niederdruckseite den Schachtelhalm (z.B.
3,
4,
5 der
EP 2 045 472 A1 ) gegen die Gewichtskraft des Rotors abstützt, so dass eine axiale Einführung des Innenbündels IB in Richtung der ersten Montagerichtung DX1 ohne behindernden Kontakt des Innenbündels IB auf der Innenseite des Gehäusemantels CCV erfolgen kann. Diese Art der Montage ist sehr aufwändig und erfordert regelmäßig die zusätzliche Lieferung von Spezialwerkzeugen, insbesondere des Schachtelhalms, dessen Bereitstellung mit signifikanten Zusatzkosten einhergeht.
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Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Ausbildung der Radialturbofluidenergiemaschine RFM gemäß 1 besteht in den gewaltigen Abmessungen des Hochdruckdeckels HPC, der sich in seinem Durchmesser an der zu dem Innenbündel IB gehörenden Hochdruckspirale HSP orientiert. Der große Durchmesser bedingt auch eine massive Dicke des Hochdruckdeckels HPC und erfordert besonders zuverlässige stationäre Abdichtungen des Hochdruckdeckels HPC zu dem Gehäusemantel CCV, wobei der Gehäusemantel CCV im Hochdruckbereich zusätzlich durch die Befestigung des Hochdruckdeckels HPC mittels Schrauben SCR geschwächt ist. Das hohe Gewicht des Hochdruckdeckels HPC erfordert darüber hinaus besondere Maßnahmen auch im Rahmen der Montage zur Abstützung und Führung des Hochdruckdeckels HPC und eine besondere Sorgfalt, damit die Abdichtung des Hochdruckdeckels HPC im Fügevorgang nicht zerstört wird.
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Ausgehend von dem Problemen und Nachteilen des Standes der Technik hat sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine Radialturbofluidenergiemaschine der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass insbesondere der Montageaufwand reduziert wird und die Notwendigkeit verringert wird, einzelne Bauteile – wie vorliegend den Hochdruckdeckel HPC – übermäßig massiv auszubilden.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung eine Radialturbofluidenergiemaschine der eingangs definierten Art mit den zusätzlichen Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vor. Daneben schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Montage einer derartigen Radialturbofluidenergiemaschine gemäß dem Verfahren zu Anspruch 14 vor. Jeweils rückbezogene Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen.
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Eine in Umfangsrichtung ungeteilte Ausbildung des Gehäusemantels bedeutet, dass es bei beispielsweise einer horizontalen Ausrichtung der Achse der Erstreckung der Maschine – die in der Regel die Rotationsachse ist, keine – wie häufig üblich – horizontale Teilfuge dieses Bauteils gibt.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung der axialen Hochdruckseite des Gehäusemantels als eine Hochdruckspirale in einem dafür bestimmten Axialbereich bedeutet, dass der Sammelraum dieser Hochdruckspirale von dem Gussgehäuse definiert beziehungsweise eingegrenzt ist und damit einstückiger Bestandteil des Gehäuses ist.
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Bevorzugt handelt es sich bei dem Gehäuse im Sinne der Erfindung um ein Außengehäuse, so dass kein weiteres, dieses Gehäuse umgebendes Gehäuse, vorgesehen werden muss. Entsprechend ist das Gehäuse im Sinne der Erfindung dazu in der Lage, den vollen Betriebsdruck zu ertragen, ohne weitere Zusatzgehäuse. Eine zusätzliche Verkleidung dieses Gehäuses, beispielsweise zur thermischen oder akustischen Isolierung, kann auch im erfindungsgemäßen Sinne zweckmäßig sein.
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Bevorzugt weist das Gehäuse einen für ein Innenbündel vorgesehenen Innendurchmesser auf, der durch die hochdruckseitige Hochdruckspirale in dem Axialbereich der Hochdruckspirale nicht reduziert ist. Besonders bevorzugt ist das Gehäuse innen von einer im Wesentlichen zylindrischen Oberfläche definiert, so dass das ebenfalls bevorzugt außen zylindrisch ausgeführte Innenbündel gleitend oder auf Rollen rollend eingeführt werden kann. Die zylinderform kann hierbei stellenweise axial von Ausnehmungen an dem Innenbündel oder der inneren Oberfläche des Gehäusemantels unterbrochen sein.
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Dementsprechend bevorzugt hat das Innenbündel über die axiale Erstreckung der Laufräder einen im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser, der in einen im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser des erfindungsgemäßen Gehäuses hineingeschoben wird. Die radiale Erstreckung des Sammelraums der Hochdruckspirale befindet sich bevorzugt im Wesentlichen radial außerhalb dieses Innendurchmessers der inneren Oberfläche des Gehäusemantels, so dass der Innendurchmesser durch die räumliche Ausdehnung der Hochdruckspirale nicht reduziert wird. Auf diese Weise ist es möglich, dass das Innenbündel einer erfindungsgemäßen Radialturbofluidenergiemaschine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt entlang einer Führungsschiene von der Hochdruckseite ausgehend in das Gehäuse hinein geschoben werden kann, ohne die zusätzliche Zuhilfenahme beispielsweise eines Schachtelhalms, der das Innenbündel IB jenseits des Gehäuses auf der Niederdruckseite abstützt. Stattdessen stützt sich das Innenbündel IB auf der im Wesentlichen zylindrischen Innenoberfläche des Gehäuses ab – ermöglicht durch den im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser.
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Eine Trennung der Hochdruckspirale von dem Innenbündel und die Angliederung an das Gehäuse, sowie die Einführung des Innenbündels in die Radialturbofluidenergiemaschine von der Niederdruckseite aus, vereinfachen die Montage erfindungsgemäß erheblich und führen dazu, dass der Hochdruck-seitige Hochdruckdeckel radial kleiner ausgeführt werden kann als der Niederdruckdeckel oder der Außendurchmesser des Innenbündels, wobei das Innenbündel auf der Niederdruckseite eingeführt wird.
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Die Niederdruckseite lässt sich aufgrund des im Betrieb vorherrschenden niedrigeren Drucks im Vergleich zu der Hochdruckseite mit einem weniger massiven Deckel verschließen und die Dichtungen sind weniger stark beansprucht. Dieser Vorteil beruht in der Hauptsache darauf, dass der Außendurchmesser des Innenbündels in Folge der Abspaltung der Hochdruckspirale gegenüber der herkömmlichen Ausbildung viel geringer ist.
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Die üblichen Anforderungen moderner Pipelinetechnologie sehen vor, dass ein Pipelineverdichter in bis zu zehn verschiedenen Baugrößen (in der Hauptsache bestimmt durch das zu erzeugende Druckverhältnis und den zu verdichtenden Volumenstrom) verfügbar sein muss, um als sinnvolle technische Ausstattung für ein Pipelinenetz in Betracht bezogen zu werden. Produkte kleinerer Baureihen sind eher schwer verkäuflich. Mit dieser Typenvielfalt ist nur eine ungefähre Annäherung an die thermodynamischen individuellen Anforderungen einer konkreten Maschine möglich. Diese bis zu zehn verschiedenen Baugrößen müssen zusätzlich an die tatsächlichen thermodynamischen Randbedingungen anpassbar sein durch die im Rahmen der jeweiligen Gehäusegröße vornehmbaren strömungstechnischen Anpassungen. Diese Anpassungen bestehen im Wesentlichen aus einer Variation der Impelleranzahl und der Impelleraerodynamik und aus einer Anpassung der Geometrie der Hochdruckspirale.
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Die erfindungsgemäße Angliederung der Hochdruckspirale an das Gehäuse erfordert für jede Gehäusebaugröße eine weitere Variantenvielfalt, die bei einer Ausführung des Gehäuses als Gussbauteil in Folge der verschiedenen Gussmodellvarianten in herkömmlicher Machart besonders kostspielig ist. Daher ist es nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass eine zur Achse senkrecht orientierte Teilfuge zwischen dem Niederdruckmantel und dem Hochdruckmantel des Gehäuses vorgesehen ist und diese beiden Gehäusemodule bevorzugt mittels Schrauben lösbar und dichtend aneinander befestigt werden können.
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Eine alternative vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, welche gegenüber der verschraubten Lösung bevorzugt ist, sieht vor, dass der Hochdruckmantel modelltechnisch an den Niederdruckmantel bei der Erzeugung der Gussform bedarfsgerecht angebracht wird. Hierbei ist vorgesehen, dass zu einem Niederdruckgehäusemantel mehrere Hochdruckmäntel bedarfsgerecht ausgebildet werden können und diese axial aneinandergefügt werden, um an diesem zusammengestellten Modell die – in der Regel aus Formsand bestehende – Gussform abzuformen.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Radialturbofluidenergiemaschine sieht vor, dass die Niederdruckseite eine radiale Eintrittsöffnung und einen daran sich anschließenden Eintrittsstutzen in das Gussgehäuse aufweist. Bevorzugt mündet die radiale Eintrittsöffnung in eine ringförmige Eintrittskammer, wo sich das Prozessfluid vor der Verdichtung in den stromabwärts befindlichen Impellern der Verdichterstufen über den Umfang verteilt sammelt. In dem Eintrittsstutzen kann eine sich in Strömungsrichtung und den Eintrittsstutzen diametral entlang einer Axialebene versteifende Rippe vorgesehen sein, die die Strömung in zwei im Wesentlichen gleiche Anteile aufteilt zur Durchflutung jeweils einer Hälfte der ringförmigen Eintrittskammer. Diese Rippe wirkt gleichzeitig für den Eintrittsstutzen und die Schwächung aufgrund der radialen Öffnung versteifend, so dass sich unter den mechanischen und thermischen Randbedingungen eine geringere und symmetrischere Verformung im Betrieb einstellt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auf der axialen Hochdruckseite das Gussgehäuse eine Hochdrucköffnung zum Verschließen mittels eines Hochdruckdeckels aufweist, wobei auf der Niederdruckseite das Gussgehäuse eine axiale Niederdrucköffnung zum Verschließen mittels eines Niederdruckdeckels aufweist. Hierbei ist es bevorzugt, wenn die jeweiligen Deckel eine Durchtrittsöffnung für Wellenenden des Rotors aufweisen. Weiterhin ist es sinnvoll, wenn diese Wellenenden in jeweils von dem Inneren des Gehäuses ausgesehen jenseitig der Deckel vorgesehenen Radial-/Axial-Lagern gelagert sind, wobei im Interesse der statischen Bestimmtheit zwei Radiallager und ein Axiallager oder ein Radiallager und ein kombiniertes Axial-/Radial-Lager vorgesehen sein können. Besonders bevorzugt befindet sich die axiale Lagerung des Rotors auf der Niederdruckseite befestigt an dem Niederdruckdeckel. Ebenfalls bevorzugt ist die Befestigung eines Radiallagers an dem Hochdruckdeckel jenseitig des Inneren des Gehäuses vorgesehen. Weiterhin ist es bevorzugt, jenseitig des Inneren des Gehäuses sowohl niederdruckseitig als auch hochdruckseitig jeweils eine Wellendichtung an den Niederdruckdeckel beziehungsweise Hochdruckdeckel vorzusehen. Bevorzugt befindet sich die Wellendichtung jeweils zwischen dem Deckel und dem Lager beziehungsweise kombinierten Lager.
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Bevorzugt auf der Hochdruckseite der auf dem Rotor befindlichen Impeller ist ein Ausgleichskolben vorgesehen, dessen niederdruckseitige axiale Front dem Enddruck ausgangsseitig des letzten Impellers des Radialturboverdichters ausgesetzt ist. Die hochdruckseitige Stirnfläche dieses Ausgleichskolbens, die mittels einer Ausgleichskolbenwellendichtung von der niederdruckseitigen Stirnfläche einen Differenzdruck bildend abgedichtet ist, steht bevorzugt unter dem Saugdruck der Maschine, wobei die Einströmkammer beziehungsweise die Einströmung mittels einer Ausgleichsleitung mit einer Kammer in Verbindung steht, die teilweise von der hochdruckseitigen Stirnfläche des Ausgleichskolben begrenzt ist. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung des Ausgleichskolbens bei gleichzeitig erfindungsgemäßer gegenständlicher Zuordnung der Hochdruckspirale zu dem Gehäuse besteht darin, dass die Ausgleichsleitung ausschließlich mit dem Gehäusemantel beziehungsweise mit Kanälen in dem Gehäusemantel in Verbindung steht und an dem Gehäusemantel fest angebracht werden kann und auf diese Weise bei keiner Inspektion getrennt werden muss, um das Gehäuse zu öffnen beziehungsweise einen Gehäusedeckel zu entfernen. Dies geht einher mit dem grundsätzlichen Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung, dass das ganze Innenbündel mit wenige Aufwand aus dem Gehäuse herausgezogen werden kann, da bevorzugt die Abtriebs- oder Antriebsseite der Maschine auf der Hochdruckseite angeordnet ist und das Innenbündel Niederdruck-seitig axial aus dem Gehäuse bei der Demontage herausgeführt wird, so dass eine Antriebsmaschine o der Abtriebsmaschine der Demontage des Innenbündels nicht im Weg ist.
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In Sinne der Montage ist es hierbei zweckmäßig, wenn die Hochdrucköffnung eine geringere lichte Weite als die Niederdrucköffnung aufweist.
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Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Hochdruckspirale einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden radial von innen nach außen mündenden Spiraleinlass aufweist. Durch den Spiraleinlass strömt das Prozessfluid aus der letzen Verdichterstufe in den Spiralsammelraum. Der Spiralsammelraum erstreckt sich im Wesentlichen axial von dem Spiraleinlass ausgehend in Richtung der Niederdruckseite. Hierbei ergibt sich einerseits eine bauraumsparende Reduktion des axialen Platzbedarfs der Radialturbofluidenergiemaschine und andererseits erhöht sich aus strömungstechnischen Gründen gegenüber einer herkömmlichen Anordnung mit einer Spirale an dem Innenbündel in Folge der günstigeren Einströmung in den Sammelraum der Wirkungsgrad um etwa 0,5%.
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Zur Verbesserung der Steifigkeit und Belastbarkeit ist es zweckmäßig, wenn sich radial erstreckende Versteifungsrippen außen an dem Gussgehäuse zumindest in dem Bereich der Hochdruckspirale vorgesehen sind.
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Zur Reduktion der Anzahl der Bauteile ist es zweckmäßig, wenn das Gussgehäuse mindestens einen Aufstellfuß umfasst, auf dem die Radialturbofluidenergiemaschine im Betrieb aufstellbar ist. Eine weitere Möglichkeit, die Variantenvielfalt an Gehäusen zu reduzieren ergibt sich, indem das Gussgehäuse grundsätzlich auf zwei gegenüberliegenden Seiten einen Aufstellfuß zu diesem Zweck umfasst, so dass das Gehäuse sich grundsätzlich dazu eignet, in zwei unterschiedlichen Positionen bzw. Orientierungen aufgestellt zu werden.
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Insbesondere für die Anwendung bei der Förderung von Erdgas mittels einer Pipeline ist es vorteilhaft, wenn die Pipeline aufgrund der Anordnung des Verdichters in der Pipeline keinen Höhenversatz haben muss. Deswegen sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Austrittsstutzen eine Erstreckungsrichtung entlang einer Austrittsstutzenachse aufweist und der Eintrittsstutzen eine Erstreckungsrichtung entlang einer Eintrittsstutzenachse aufweist, wobei das Gussgehäuse derart ausgebildet ist, dass die Austrittsstutzenachse und die Eintrittsstutzenachse bei einer Aufstellung der Radialturbofluidenergiemaschine mit horizontalverlaufender Achse bzw. Rotationsachse des Rotors im Wesentlichen in einer identischen Horizontalebene liegen.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher beschrieben. Neben dem Ausführungsbeispiel und neben den expliziten Rückbezügen und den daraus entstehenden Merkmalskombinationen der Ansprüche gibt es für den Fachmann weitere Kombinationsmöglichkeiten der hier offenbarten Merkmale, die ebenfalls der Erfindung zuzurechnen sind. Es zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Radialturbofluidenergiemaschine herkömmlicher Bauart,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Radialturbofluidenergiemaschine erfindungsgemäßer Bauart,
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3 eine schematische dreidimensionale Ansicht einer erfindungsgemäßen Radialturbofluidenergiemaschine.
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Die Gegebenheiten an der erfindungsgemäßen Radialturbofluidenergiemaschine sind vorliegend für die Ausbildung als Radialturboverdichter beschrieben. Bei der ebenfalls erfindungsgemäß möglichen Ausbildung als Radialturboexpander ist die Strömungsrichtung eines Prozessfluid PF gedanklich umzukehren, dass beispielsweise Bezeichnungen, wie „stromabwärts“ sich zu „stromaufwärts“ ergeben.
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1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine herkömmliche Radialturbofluidenergiemaschine. Bereits in der Beschreibungseinleitung wurden die wesentlichen Merkmale dieser Maschine beschrieben.
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Die in der 2 im Längsschnitt schematisch wiedergegebene Radialturbofluidenergiemaschine RFM weist ein Gussgehäuse CAS auf, das sich entlang einer Achse X erstreckt. Das Gussgehäuse CAS weist einen Gehäusemantel CCV auf, der in Umfangsrichtung ungeteilt ausgebildet ist. Die Radialturbofluidenergiemaschine RFM ist horizontal mit sich horizontal erstreckender Achse X aufgestellt. Auf der in der 2 links wiedergebebenen Seite befindet sich eine axiale Hochdruckseite HPS des Gussgehäuses CAS. Auf der rechts wiedergegebenen Seite befindet sich eine axiale Niederdruckseite LPS. Entlang der Achse X erstreckt sich ein Rotor R der axial aus dem Gehäuse CAS herausgeführt ist. Auf der Hochdruckseite HPS ist der Gehäusemantel CCV des Gehäuses CAS mittels eines Hochdruckdeckels HCV gegenüber der Umgebung verschlossen. Auf der Niederdruckseite LPS ist der Gehäusemantel CCV mittels eines Niederdruckdeckels LCV gegenüber der Umgebung verschlossen. Der Rotor R ist mittels einer Kupplung CUP auf der Hochdruckseite HPS mit einem Antrieb DRI drehmomentübertragend verbunden.
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Auf der Hochdruckseite HPS befindet sich ein Radiallager HBR, das an dem Hochdruckdeckel HCV angebracht ist. Auf der Niederdruckseite LPS befinden sich ein Radiallager LBR und ein Axiallager LBA, die an dem Niederdruckdeckel LCV angebracht sind. Sowohl auf der Hochdruckseite HPS als auch auf der Niederdruckseite LPS befinden sich jeweils eine Wellendichtung, nämlich eine Hochdruckwellendichtung HSS und eine Niederdruckwellendichtung LSS, um einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Bewegungsspalt zwischen dem Rotor R und dem jeweiligen Deckel abzudichten. Der Gehäusemantel CCV ist in einer Axialebene senkrecht zur Achse X sich erstreckend in einer mittels einer strichpunktierten Linie angedeuteten und sich in Umfangsrichtung entlang des Gehäusesmantels CCV erstreckenden Teilfuge SPA zwischen einem Niederdruckgehäusemantel LCV und einem Hochdruckgehäusemantel HCV getrennt ausgebildet und mittels einer Verschraubung, angedeutet durch Schrauben SCR, lösbar zusammengefügt. Die bevorzugte Alternative der Ausbildung des Gehäusemantels CCV besteht darin, dass der Gehäusemantel CCV des Gehäuses CAS in einer Axialebene senkrecht zur Achse X (hier auch mittels der Teilfuge SPA dargestellt) sich erstreckend einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Übergang zwischen Niederdruckseite LPS und Hochdruckseite HPS aufweist, wobei der Gehäusemantel als Gussteil in Axialrichtung kontinuierlich einstückig ausgebildet ist, in Folge einer vor dem Abformen und Abgießen im Gussverfahren erfolgten Zusammenstellung des Gehäusegussmodells aus einem bestimmten Hochdruckmodellmantel und einem bestimmten Niederdruckmodellmantel. Auf diese Weise gelingt es, verschiedene Hochdruckmantelgeometrien mit Niederdruckmantelgeometrien zu kombinieren, wobei die Gussmodelle nur für die unterschiedlichen Hochdruckmäntel und Niederdruckgehäusemäntel vorzusehen sind.
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Der Hochdruckgehäusemantel HCV ist mit einer Hochdruckspirale HSP aufweisend einen Sammelraum SCL versehen, wobei der Sammelraum SCL eine in Umfangsrichtung tangetial und radial nach außen gerichtete Austrittsöffnung OOC und einen radial nach außen weisenden Austrittsstutzen OFL des Gehäuses CAS beziehungsweise Hochdruckgehäusemantels HPCV aufweist. Auf der Niederdruckseite LPS weist der Niederdruckgehäusemantel LPCV eine radiale Eintrittsöffnung IOP auf und einen daran sich gegen die Strömungsrichtung betrachtet sich anschließenden Eintrittsstutzen IFL in das Gussgehäuse CAS. Diese Bauteile sind in der 3 ebenso wie der Austittsstutzen OFL sichtbar.
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In dem Eintrittsstutzen IFL befindet sich auch eine den Stutzen diametral in zwei gleiche Hälften teilende Strömungsrippe GFI, die einerseits den Stutzen versteift und andererseits das einströmende Prozessfluid PF in zwei im Wesentlichen identische Volumenströme für die beiden Hälften der ringförmigen Einströmkammer aufteilt.
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Auch in der 3 gut erkennbar sind sich radial erstreckende Versteifungsrippen FIN außen an dem Gussgehäuse CAS zumindest in dem Bereich der Hochdruckspirale HSP. Diese Versteifungsrippen FIN gehen bei einer horizontalen Aufstellung der Maschine bevorzugt sowohl zum Boden hin in Aufstellfüße SUPM über als auch in die entgegensetzte Richtung, damit die Maschine auch in umgekehrter Vertikalorientierung mit sich horizontal erstreckender Achse X aufgestellt werden kann. Diese Option kann besonders zweckmäßig sein, wenn die Strömungsrichtung umgekehrt werden soll bei gleicher Anordnung des Antriebs DRI. In der 3 ist daneben auch erkennbar, dass der Austrittsstutzen RFL eine Erstreckungsrichtung entlang einer Austrittsstutzenachse OFX ausweist und der Eintrittsstutzen IFL eine Erstreckungsrichtung entlang einer Eintrittsstutzenachse IFX ausweist, wobei das Gussgehäuse CAS derart ausgebildet ist, dass die Austrittsstutzenachse OFX und die Eintrittsstutzenachse IFX bei einer Aufstellung der Radialturbofluidenergiemaschine RFM mit horizontal verlaufender Achse im wesentlichen in einer identischen Horizontalebene liegen.
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In der 2 ist an dem Rotor R ein Ausgleichskolben BAP vorgesehen, der mittels einer Ausgleichskolbenwellendichtung BAS eine Hochdruckkammer HPC von einer Niederdruckkammer LPC trennt. Der Ausgleichskolben BAP ist axial in Richtung der Hochdruckseite HPS neben einem Impeller IMP des Rotors R angeordnet. Dieser dem Ausgleichskolben BAP benachbarte Impeller IMP wird von dem Prozessfluid PF auf dem in der Radialturbofluidenergiemaschine RFM höchsten Druckniveau durchströmt. Eine Ausgleichsleitung BAC verbindet die Niederdruckkammer LPC mit der Eintrittskammer INC stromabwärts der Eintrittsöffnung IOP. Diese Ausgleichsleitung BAC ist zu diesem Zweck nur an Öffnungen in dem Gehäusemantel CCV angeschlossen. Auf diese Weise kann die Maschine durch Abnahme des Niederdruckdeckels LCV geöffnet werden und ein Innenbündel IB bestehend aus dem Rotor und umgebenden strömungsleitenden Komponenten kann aus dem Gehäuse CAS axial entfernt werden, ohne die Ausgleichsleitung BAC zu demontieren.
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Ein Verfahren zur Montage der Radialturbofluidenergiemaschine RFM sieht die folgenden Schritte vor:
- a) Aufstellen des Gehäusemantels CCV mit im Wesentlichen horizontal ausgerichteter Achse X,
- b) Anordnen einer sich im Wesentlichen parallel zur Achse X erstreckenden Führungsschiene GL vor der Niederdrucköffnung LPO, wobei die Niederdrucköffnung LPO geöffnet ist,
- c) Bereitstellen des Innenbündels IBN mindestens umfassend den Rotor R und an Impellern IMP des Rotors R angeordnete strömungsleitende stehende Komponenten, die mit dem Rotor R gemeinsam eine transportierbare Einheit bilden,
- d) Einführen des Innenbündels IBN entlang der Führungsschiene GL in den Gehäusemantel CCV; das Innenbündel IBN umfasst hierbei als stehende Komponenten die sogenannten Rückführstufen RRS beziehungsweise Zwischenböden, die jeweils stromabwärts eines Impellers IMP das Prozessfluid PF um 180°C von radial nach außen nach radial nach innen strömend umleiten und der stromabwärts befindlichen Stufe axial in den nachfolgenden Impeller zuleiten.
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Eine Hochdruckspirale HSP ist erfindungsgemäß Bestandteil des Gehäuses CAS mit einem von der Hochdruckspirale HSP aus und gegen die Strömungsrichtung betrachtet radial nach innen mündenden Spiraleinlass SPI. Von dem Spiraleinlass SPI ausgehend erstreckt sich stromabwärts der Sammelraum SCL im Wesentlichen axial in Richtung der Niederdruckseite LPS. Weiterhin befindet sich der Sammelraum SCL radial außen von dem Spiraleinlass SPI.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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