DE102014223833A1 - Rückführstufe - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rückführstufe (RF) eines Radialturboverdichters (RTC) in Strömungsrichtung (FD) eines Prozessfluids (PF) aufgeführt folgende Abschnitte (SE) umfassend: a) einen Ringraum (RR), b) eine Radialumlenkung (RT), c) einen Rückführkanal (RC), wobei die Abschnitte (SE) sich jeweils ringförmig um eine Rotationsachse (X) des Radialturboverdichters (RTC) erstreckend ausgebildet sind, wobei die Radialumlenkung (RT) von einer Außenkontur (OC) und einer Innenkontur (IC) gebildet sind, wobei für jeden Meridionalschnitt eine Mittellinie (ML) zwischen der Außenkontur (OC) und der Innenkontur (IC) definiert ist als der Ort der Mittelpunkte der von den beiden Konturen tangierten Kreise. Zur Minimierung der Strömungsverluste wird vorgeschlagen, dass im Meridionalschnitt die Rückführstufe (RS) in der Radialumlenkung (RT) über mindestens die ersten 150° der Umlenkung eine Aufweitung der senkrecht zur Mittellinie (ML) sich erstreckenden durchströmten meridionalen Breite der Querschnittsfläche (CSS) in Strömungsrichtung (FD) aufweist, wobei die Mittellinie (ML) einen in Strömungsrichtung (FD) abnehmenden Krümmungsradius (BRML) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rückführstufe eines Radialturboverdichters in Strömungsrichtung eines Prozessfluids aufgeführt folgende Abschnitte umfassend:
    • a) einen Ringraum,
    • b) eine Radialumlenkung,
    • c) einen Rückführkanal,
    wobei die Abschnitte jeweils ringförmig um eine Rotationsachse des Radialturboverdichters erstreckend ausgebildet sind,
    wobei die Radialumlenkung von einer Außenkontur und einer Innenkontur gebildet ist.
  • Bei Radialturboverdichtern verlässt das Fluid das Laufrad radial nach außen und gelangt von dort in den Diffusor, welcher ebenfalls radial nach außen durchströmt wird. Um bei mehrstufigen Einwellenradialverdichtern, die in der Terminologie zu den Radialturboverdichtern gerechnet werden, das Prozessfluid der nächsten Stufe zuzuführen, wird das Prozessfluid in dem Abschnitt der Radialumlenkung, dem sogenannten 180°-Bogen von radial nach außen strömend umgelenkt in eine Strömung nach radial innen. In der Regel ist der Strömungsweg stromabwärts des 180°-Bogens beschaufelt ausgeführt, um den Drall des Fluides, der einen Teil der von dem Fluid gespeicherten kinetischen Energie ausmacht, in statischen Druck umzuwandeln – vergleichbar mit einer Umwandlung kinetischer Energie in potentielle Energie.
  • Die in dem Rückführkanal vorgesehenen Schaufeln werden auch als Rückführschaufeln bezeichnet. Stromabwärts der Rückführschaufeln wird das Prozessfluid in der Regel aus einer nach radial innen gerichteten Strömung in eine axiale Richtung umgelenkt, damit eine achsparallele Zuströmung in die stromabwärts gelegene Verdichtungsstufe erfolgen kann. Die tatsächlichen Umlenkungen, die das Prozessfluid in dem 180°-Bogen und in der stromabwärts gelegenen 90°-Umlenkung erfährt, kann von den namensgebenden Werten 180° und 90° abweichen. Die 180°-Umlenkung ist daher in der Terminologie der Erfindung meist als Radialumlenkung bezeichnet. Die stromabwärts des Rückführkanals vorgesehene 90°-Umlenkung in achsparallele Richtung zur Zuführung der nachfolgenden Stufe weist nach der Erfindung keine besondere Gestaltung auf und wird dementsprechend nicht näher beschrieben.
  • Eine vergleichbare mehrstufige Radialturbomaschine, nämlich eine Radialturbine ist bereits aus der EP 2 518 280 A1 bekannt. Auch, wenn in einer Radialturbine die Strömungsrichtung entgegen derjenigen in einem Radialverdichter verläuft ist es bisher durchaus üblich, die jeweilige Rückführstufe geometrisch zumindest annähernd gleich auszubilden. Der in dieser Schrift vorliegende Stand der Technik sieht vor, dass die Radialumlenkung eintrittsseitig und austrittsseitig jeweils eine im Wesentlichen identische Axialbreite aufweisen. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Radialumlenkung einen im Wesentlichen konstanten Radius sowohl auf einer Innenkontur als auch auf einer Außenkontur aufweist. Diese Ausbildung der Radialumlenkung entspricht der einfachsten geometrischen Gestaltung und neigt in Folge von Ablösungserscheinungen an den Umlenkungsradien im Betrieb mit einem hohen Druckverlust.
  • Ausgehend von den Nachteilen des Standes der Technik hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, die Radialumlenkung der Rückführstufe eines Radialturboverdichters der eingangs definierten Art derart weiterzubilden, dass vermeidbare Druckverluste reduziert sind und der Wirkungsgrad des Radialturboverdichters verbessert ist.
  • Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird eine Rückführstufe der eingangs genannten Art mit den zusätzlichen Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Neben den expliziten Rückbezügen der Unteransprüche sind der Erfindung auch beliebige sinnvolle Kombinationen der hier aufgeführten Merkmale bzw. Weiterbildungen mit den Merkmalen des Hauptanspruchs zuzurechnen.
  • Unter einer Strömungsrichtung versteht die Erfindung bezogen auf die ganze Rückführstufe eine Fortbewegung eines Prozessfluids durch den mittels der Rückführstufe des Radialturboverdichters definierten Strömungskanal im Allgemeinen. Im Wesentlichen lässt sich diese Strömungsrichtung durch den mittleren Kanalverlauf unter Einzeichnung entsprechender Richtungspfeile kennzeichnen.
  • Die Abschnitte Ringraum, Radialumlenkung, Rü+ckführkanal und Axialumlenkung der Rückführstufe sind sich jeweils ringförmig um eine Rotationsachse des Radialturboverdichters erstreckend ausgebildet.
  • Für jeden Meridionalschnitt durch eine erfindungsgemäße Rückführstufe ist eine Mittellinie zwischen der Außenkontur und der Innenkontur definiert als der Ort der Mittelpunkte der von den beiden Konturen tangierten Kreise. Da sich die Rückführstufe in Umfangsrichtung um die Rotationsachse des Radialturboverdichters erstreckt und damit einen Ringraum definiert, der im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Rotationsachse ist, kann eine Mittelfläche zwischen der dreidimensionalen Innenkontur und der dreidimensionalen Außenkontur als Rotationsfläche der Mittellinie um die Rotationsachse angesehen werden.
  • Im Sinne der Erfindung ist die Beschreibung der Geometrie stets auf einen Meridionalschnitt durch den Radialturboverdichter bezogen, wobei der Meridionalschnitt sich entlang der Rotationsachse erstreckt und den durch die Rückführstufe definierten Strömungskanal in einem Schnitt entlang einer axial und radial verlaufenden Ebene darstellt. Derartige Schnitte entlang der Rotationsachse werden auch als Längsschnitte bezeichnet. Obwohl die real vorliegende Strömung durch die entsprechenden Ringräume der Rückführstufe, die zumindest teilweise in Umfangsrichtung von Leitschaufeln unterbrochen sein können, in der Regel eine signifikante Umfangskomponente aufweisen, bezieht sich die Terminologie der Erfindung stets auf radiale und axiale Komponenten der Strömungsgeschwindigkeit.
  • Begriffe wie axial, radial, Umfangsrichtung oder sonstige Termini, die sich auf eine Achse beziehen lassen, sind – soweit nicht anders angegeben – auf die Rotationsachse des Radialturboverdichters bezogen.
  • Die erfindungsgemäße Kombination eines abnehmenden Krümmungsradius bei gleichzeitiger Aufweitung der Querschnittsfläche senkrecht zur Strömungsrichtung entlang der Strömungsrichtung führt zu einer Vergleichmäßigung der Belastung der Strömung über den Verlauf der Radialumlenkung in Folge von Verzögerung und Umlenkung, so dass die Neigung zu einer Ablösung der Strömung von der Innenkontur oder Außenkontur bei einer erfindungsgemäßen Gestaltung der Radialumlenkung harmonisiert und in der Spitze reduziert ist. Erfindungsgemäß wird die Strömung im Verlaufe der Radialumlenkung zunächst, soweit es im Rahmen der Vorgabe des Umlenkens möglich ist, abgebremst ohne die Neigung zur Ablösung ungebührlich zu erhöhen, bevor die Strömung mit dementsprechend verzögerter Geschwindigkeit umgelenkt wird, wobei in diesem Abschnitt der Radialumlenkung nur noch eine geringere Verzögerung durch Querschnittsaufweitung erfolgt. Hierbei ist es auch möglich, dass in diesem Abschnitt gar keine Verzögerung vorgesehen ist.
  • In der Terminologie der Erfindung bedeutet die mittlere Strömungsrichtung eine senkrecht zu der Mittellinie zwischen der Innenkontur und der Außenkontur der Radialumlenkung entlang der Querschnittsbreite – volumenstromgewichtete gemittelte Strömungsgeschwindigkeit des Prozessfluids. Da die Erfindung stets den Meridionalschnitt betrachtet, entfällt im Rahmen einer Projektion der räumlich orientierten Geschwindigkeit die Umfangskomponente, so dass sich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit ausschließlich in der Projektion als Addition einer Axialgeschwindigkeit und Radialgeschwindigkeit beschreiben lässt.
  • Dementsprechend ist die projizierte mittlere Strömungsrichtung – kurz Strömungsrichtung – als betragsnormalisierter Vektor der projizierten mittleren Strömungsgeschwindigkeit zu verstehen. Die Querschnittsfläche der Radialumlenkung hat dementsprechend einen direkten Einfluss auf die Strömungsgeschwindigkeit, so dass infolge der sich in Strömungsrichtung erweiternde Querschnittsfläche es zu einer Verzögerung der Strömung kommt. Der erfindungsgemäß abnehmende Krümmungsradius mit fortschreitender Strömung entlang der Strömungsrichtung in der Radialumlenkung ist gleichbedeutend mit einer zunehmenden Krümmung der Umlenkung.
  • Bevorzugt ist im Bereich der Radialumlenkung die Flächenzunahme der Querschnittsfläche in Strömungsrichtung stetig ausgebildet. Weiterhin besonders bevorzugt ist eine stetig ausgebildete Abnahme des Krümmungsradius in Strömungsrichtung. Besonders bevorzugt ist eine degressive Flächenzunahme der Querschnittsfläche in Strömungsrichtung. Hervorragende Ergebnisse werden mit einer degressiven stetigen Flächenzunahme der Querschnittsfläche in Strömungsrichtung erzielt, die am Ende der Radialumlenkung stetig bis auf 0 abgenommen hat. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Krümmungsradius progressiv abnehmend in Strömungsrichtung ausgebildet ist und stetig bis auf ein Minimum am Ende der Radialumlenkung abnimmt, so dass dort eine maximale Krümmung einer Mittellinie zwischen der Innenkontur und der Außenkontur gegeben ist. Eine besonders ablösungsarme Ausbildung der Radialumlenkung kann erreicht werden durch eine stetig progressive Krümmungszunahme der Innenkontur der Radialumlenkung in Strömungsrichtung und/oder eine stetig progressive Krümmungszunahme der Außenkontur in Strömungsrichtung. Ein Ende des Abschnitts der Radialumlenkung ist im Sinne der Erfindung definiert durch ein Ende der von der Außenkontur und Innenkontur geführten Umlenkung der Strömung nach radial innen, wobei eine weitergehende Umlenkung in die gleich Richtung, bei der das Fluid in Summe mehr als 180° umgelenkt wird, zum Beispiel, um den axialen Abstand zwischen 2 Stufen zu reduzieren, ebenfalls der Radialumlenkung zuzurechnen ist.
  • Die Radialumlenkung ist dementsprechend in Strömungsrichtung begrenzt ausgebildet, wenn die Mittellinie keine Krümmung mehr in die Umlenkrichtung der Radialumlenkung aufweist. An dieser Stelle fängt der Rückführkanal an, der das Prozessfluid im Wesentlichen gerade nach radial innen leitet.
  • Mit „radial innen“ ist im Sinne der Erfindung nicht zwingend senkrecht zur Rotationsachse gemeint, sondern schlicht die Umkehrung der Strömung von radial nach außen nach radial innen, wobei die resultierende Strömungsrichtrung nach der Umlenkung von der strikt radialen Richtung abweichen kann.
  • Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Rückführstufe im Bereich des Ringraums unbeschaufelt ausgebildet ist und ein Flächenverhältnis zwischen dem Eintritt der Radialumlenkung und dem Austritt der Radialumlenkung mindestens eine Vergrößerung der Querschnittsfläche um den Faktor FCSS > 1,5 (FCSS > 1,5) vorsieht. Eine weitere Verbesserung lässt sich verzeichnen, wenn der Faktor FCSS mindestens 2,0 (FCSS > 2,0) beträgt. Besonders hohe Wirkungsgrade lassen sich erzielen, wenn der Faktor FCSS zwischen 2,3–3,3 (2,3 < FCSS < 3,3) beträgt.
  • Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Ringraum vor dem Eintritt in die Radialumlenkung beschaufelt ausgebildet ist und der Faktor FCSS größer als 1,4 (FCSS > 1,4) ist, bevorzugt größer als 1,5 (FCSS > 1,5) ist und besonders bevorzugt zwischen 1,5–2,5 (1,5 < FCSS < 2,5) beträgt.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Meridionalschnitt die axiale Erstreckung der Umlenkung von radial nach außen gerichtet bis in die Axialrichtung der Strömung des Prozessfluids an einer ersten Axialebene erfolgt, wobei die erste Axialebene zwischen 7/12 bis 11/12, bevorzugt zwischen 2/3 ± 1/6 der gesamten axialen Erstreckung der Mittellinie in der Radialumlenkung einnimmt. Hierbei ist postuliert, dass die Strömungsrichtung ohne Abweichung der Mittellinie folgt. Der Sachverhalt lässt sich also auch derart ausdrücken: Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Meridionalschnitt die axiale Erstreckung der Umlenkung der Mittellinie von radial nach außen gerichtet bis in die Axialrichtung der Mittellinie an einer ersten Axialebene erfolgt, wobei die erste Axialebene zwischen 7/12 bis 11/12, bevorzugt zwischen 2/3 ± 1/6 der gesamten axialen Erstreckung der Mittellinie in der Radialumlenkung einnimmt.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass an der Axialposition der ersten Axialebene mindestens 65% der gesamten Flächenaufweitung der Querschnittsfläche der Radialumlenkung erreicht sind.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Meridionalschnitt durch eine Stufe eines Radialturboverdichters mit einer erfindungsgemäßen Rückführstufe in schematischer Darstellung,
  • 2 ein Detail aus 1, das dort mit II bezeichnet ist.
  • Die in 1 gezeigte Rückführstufe RS eines Radialturboverdichters RTC ist schematisch im Meridionalschnitt oder auch Längsschnitt dargestellt.
  • Der Meridionalschnitt erstreckt sich entlang einer Rotationsachse X einer Welle SH eines Rotors R des Radialturboverdichters RTC. Weiterhin ist der Meridionalschnitt definiert durch die Radialrichtung, so dass die Rotationsachse X und die Radialrichtung die Ebene des Schnitts aufspannen. Dementsprechend ist eine Erstreckung in Umfangsrichtung der Rotationsachse X nicht wiedergegeben, wie auch in 2, die ein mit II in 1 wiedergegebenes Detail darstellt.
  • Ein Prozessfluid PF tritt in einer Strömungsrichtung FD in einen Impeller IMP bzw. ein Laufrad des Rotors R ein. Das Prozessfluid PF wird in radiale Richtung mittels des Impellers IMP beschleunigt und in die Rückführstufe RS eingeleitet. Die Rückführstufe RS ist Bestandteil eines Stators ST, der im Wesentlichen aus den Bestandteilen Schaufelboden BD und Zwischenboden ID zusammengesetzt ist. Der Schaufelboden BD ist hierbei mittels Rückführkanalleitschaufeln GVRC an dem Zwischenboden ID angebracht. In der Abfolge mehrerer – hier nicht dargestellter – Verdichtungsstufen mit eigenen Impellern IMP reihen sich mehrere Kombinationen aus Zwischenböden ID und Schaufelböden BD des Stators ST axial aneinander. In der Regel sind die Schaufelböden BD und die Zwischenböden ID in Umfangsrichtung geteilt ausgebildet, so dass ein Zusammenfügen des Rotors R mit dem Stator ST durch Teilung des Stators ST in einer in der Regel horizontalen Teilfuge möglich ist.
  • Die Rückführstufe RS umfasst in Strömungsrichtung FD des Prozessfluids PF aufgeführt mehrere Abschnitte SE, die einen Strömungskanal von einem Impeller IMP zu einem stromabwärts gelegenen Impeller IMP bilden. Diese Abschnitte SE sind: a) ein Ringraum RR, b) eine Radialumlenkung RT und c) ein Rückführkanal RC. Zu den Abschnitten kann außerdem ein für die Erfindung weniger wichtiger Abschnitt SE hinzugerechnet werden, nämliche eine stromabwärts gelegene Axialumlenkung AT für einen axialen Eintritt in das stromabwärts gelegene Laufrad.
  • Der Ringraum RR kann mit Ringraumleitschaufeln GVRR beschaufelt ausgebildet sein oder ohne Schaufeln, also unbeschaufelt. Für die Erfindung von besonderem Interesse ist die Radialumlenkung RT, die von einer Innenkontur IC und einer Außenkontur OC des Stators ST definiert ist. Die Radialumlenkung RT lenkt die Strömung im Wesentlichen von einer radial nach außen weisenden Richtung in eine radial nach innen weisende Richtung um, demensprechend um etwa 180°. Aus dem Grund der 180°-Umlenkung wird die Radialumlenkung auch häufig als 180°-Umlenkung oder 180°-Bogen (englich: 180°-turn, u-turn) bezeichnet. Von der namensgebenden 180°-Umlenkung kann die tatsächliche Umlenkung aus verschiedenen, insbesondere aerodynamischen Gründen abweichen.
  • 2 zeigt schematisch ein Detail, das in der 1 mit „II“ ausgewiesen ist und die Radialumlenkung RT wiedergibt. Wie die gesamte Rückführstufe RS ist auch die Radialumlenkung RT ringförmig sich in Umfangsrichtung erstreckend um die Rotationsachse X ausgebildet. Die Darstellungen im Meridionalschnitt zeigen die Ausdehnung in Umfangsrichtung nicht. Ein Prozessfluid PF strömt in die Radialumlenkung RT ein und ist dabei im Wesentlichen nach radial außen gerichtet, wobei die Ausströmung aus der Radialumlenkung RT nach radial innen erfolgt. Die Umlenkung erfolgt entlang einer Strömungsrichtung FD, wobei in der 2 nur die projizierte mittlere Strömungsrichtung PMFD wiedergegeben ist, die in der schematischen Wiedergabe identisch ist mit der Strömungsrichtung FD. Die tatsächliche Strömung hat eine signifikante Anteiligkeit in Umfangsrichtung, so dass die 2 nur die projizierte mittlere Strömungsrichtung PMFD unter Fortlassung der Wiedergabe der in Umfangsrichtung orientierten Komponente zeigt. Die Innenkontur IC und die Außenkontur OC definieren den Strömungskanal der Radialumlenkung RT. Zwischen der Innenkontur IC und der Außenkontur OC lässt sich eine Mittellinie ML einzeichnen, die im Wesentlichen deckungsgleich ist mit der Strömungsgeschwindigkeit FD bzw. der mittleren projizierten Strömungsrichtung PMFD. Senkrecht zu der Mittellinie ist die Kanalbreite B als Funktion einer entlang der Mittellinie ML in Strömungsrichtung FD verlaufenden Koordinate s eingezeichnet. Eine Querschnittsfläche CSS ist in der Projektion des Meridionalschnitts deckungsgleich mit der Kanalbreite B(s) und ist einerseits Funktion der Kanalbreite B(s) und andererseits abhängig von dem Durchmesser der Position der jeweiligen Kanalbreite.
  • Die Mittellinie ML verläuft entlang der Radialumlenkung RT mit einem jeweils von der Koordinate s abhängigen Krümmungsradius RBML(s). Gleichfalls abhängig von der Koordinate s ist der Krümmungsradius der Innenkontur RBIC(s) und der Krümmungsradius der Außenkontur RBOC(s). Die meridionale Breite der Querschnittsfläche CSS weitet sich mit fortschreitender Strömungsrichtung FD von einem Eintritt zu einem Austritt der Radialumlenkung RT auf. Die Flächenzunahme ist hierbei eingangs stärker als ausgangs – also abnehmend gestaltet. Die Querschnittsfläche kann ausgangs der Radialumlenkung auch abnehmend sein – insbesondere aufgrund der Durchmesserabnahme bei der Fortbewegung nach radial innen- so dass es zu geringen Beschleunigungen kommen kann. Der Krümmungsradius der Mittellinie ML ist in Strömungsrichtung FD, wie auch der Krümmungsradius RBIC(s) der Innenkontur IC, wie auch der Krümmungsradius RBOC(S) der Außenkontur OC, abnehmend gestaltet. Auf diese Weise wird die Belastung der Strömung, die bei Überschreiten einer gewissen Reynolds-Zahl zu Ablösungserscheinungen führen kann, in etwa konstant gehalten, so dass es im Betrieb nicht zu unnötigen Druckverlusten kommt. Das neue Design erhöht die maximal mögliche Verzögerung und reduziert somit aufgrund eines niedrigeren Geschwindigkeitniveaus die Verluste in der Umlenkung und den nachfolgenden Komponenten. Die Radialumlenkung RT nach der Erfindung bremst zunächst die Strömung ab und lenkt diese dann um. Hierbei findet jedoch eine Umlenkung und Abbremsung bereits bei Eintritt in die Radialumlenkung RT statt. Die Schwerpunkte dieser beiden strömungsleitenden Maßnahmen verschieben sich von der eingänglichen hauptsächlichen Verzögerung hin zur mehr in Richtung Ausgang stattfindender häuptsächlichen Umlenkung. Die Flächenzunahme der Querschnittsfläche CSS ist über den Verlauf der Radialumlenkung RT stetig gestaltet. Die Abnahme des Krümmungsradius in Strömungsrichtung FD der Mittellinie ML, der Außenkontur OC und der Innenkontur IC sind ebenfalls stetig gestaltet. Die Flächenzunahme der Querschnittsfläche CSS in Strömungsrichtung FD ist bevorzugt degressiv stetig für die Querschnittsfläche CSS. Gleichfalls ist die Abnahme des Krümmungsradius in Strömungsrichtung FD progressiv stetig für den Krümmungsradius der Mittellinie RBML(s). Mit anderen Worten: während in Richtung der Verlaufskoordinate s bzw. der Strömungsrichtung FD der Flächenzuwachs abnehmend ausgebildet ist, ist die Abnahme des Krümmungsradius in diese Richtung zunehmend ausgebildet.
  • Ein Vergleich der Flächenzunahme über die Radialumlenkung RT, also der Querschnittsfläche CSS(SE) (Querschnittsfläche am Eintritt der Radialumlenkung RT) und CSS(SA) (Querschnittsfläche am Austritt der Radialumlenkung RT) führt zu einer Flächenzunahme um den Faktor FCSS > 1,5, bevorzugt zwischen 2,3 < FCSS < 3,3, vorliegend beträgt der Faktor FCSS = 2,5. Diese Angaben gelten für einen unbeschaufelten Ringraum RR, wobei bei einem beschaufelten Ringraum RR der Faktor FCSS > 1,4 ausgebildet ist und bevorzugt zwischen 1,5 und 2,5 (1,5 < FCSS < 2,5) liegt.
  • Im Meridionalschnitt ist die axiale Erstreckung der Umlenkung von radial nach außen der Mittellinie ML bis in die Axialrichtung auf etwa 2/3 der gesamten Axialerstreckung der Radialumlenkung RT erfolgt. Die restlichen etwa 90°-Umlenkung von der Axialrichtung in die nach radial innen gerichtete Strömungsrichtung FD erfolgen auf dem letzten Drittel der gesamten Axialerstreckung der Radialumlenkung RT, wobei die Axialerstreckung als der Abstand der Mittellinie ML zwischen dem Eintritt der Radialumlenkung RT und dem Austritt der Radialumlenkung RT verstanden wird. Im Rahmen der Erfindung ist diese erste Axialebene AXP1, in der die Strömung von radial nach außen gerichtet in die Axialrichtung umgelenkt worden ist, an einer Axialposition zwischen 7/12 bis 11/12 der gesamten axialen Erstreckung der Mittellinie ML der Radialumlenkung RT positioniert. Bevorzugt befindet sich die erste Axialebene AXP1 zwischen der Hälfte der gesamten Axialerstreckung und 5/6 der gesamten Axialerstreckung. In der Position der ersten Axialebene AXP1 ist bereits mindestens 65% der gesamten Flächenaufweitung der Radialumlenkung RT in Strömungsrichtung FD erreicht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2518280 A1 [0004]

Claims (14)

  1. Rückführstufe (RF) eines Radialturboverdichters (RTC) in Strömungsrichtung (FD) eines Prozessfluids (PF) aufgeführt folgende Abschnitte (SE) umfassend: a) einen Ringraum (RR), b) eine Radialumlenkung (RT), c) einen Rückführkanal (RC), wobei die Radialumlenkung (RT) von einer Außenkontur (OC) und einer Innenkontur (IC) gebildet ist, wobei für jeden Meridionalschnitt eine Mittellinie (ML) zwischen der Außenkontur (OC) und der Innenkontur (IC) definiert ist als der Ort der Mittelpunkte der von den beiden Konturen tangierten Kreise, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialumlenkung (RT) im Meridionalschnitt über mindestens die ersten 150° der Umlenkung eine Aufweitung der senkrecht zur Mittellinie (ML) sich erstreckenden durchströmten meridionalen Breite der Querschnittsfläche (CSS) in Strömungsrichtung (FD) aufweist, wobei die Mittellinie (ML) in der Radialumlenkung (RT) einen in Strömungsrichtung (FD) abnehmenden Krümmungsradius (BRML) aufweist.
  2. Rückführstufe (RS) nach Anspruch 1, wobei eine Flächenzunahme der Querschnittfläche (CSS) infolge der Zunahme der meridionalen Breite in Strömungsrichtung (FD) stetig ausgebildet ist.
  3. Rückführstufe (RS) nach Anspruch 1, wobei im Meridionalschnitt die Rückführstufe (RS) in der Radialumlenkung (RT) über mindestens die ersten 180° der Umlenkung eine Aufweitung der senkrecht zur Mittellinie (ML) sich erstreckenden durchströmten meridionalen Breite der Querschnittsfläche (CSS) in Strömungsrichtung (FD) aufweist.
  4. Rückführstufe (RS) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei ein Krümmungsradius der Mittellinie (ML), der Außenkontur (OC) oder der Innenkontur (IC) in Strömungsrichtung (FD) stetig abnehmend ausgebildet ist.
  5. Rückführstufe (RS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Flächenzunahme der Querschnittsfläche (CSS) in Strömungsrichtung (FD) degressiv ist.
  6. Rückführstufe (RS) nach Anspruch 4, wobei der Krümmungsradius progressiv abnehmend ausgebildet ist.
  7. Rückführstufe (RS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei der Ringraum (RR) unbeschaufelt ausgebildet ist und ein Flächenverhältnis (FCSS) der Querschnittsfläche (CSS) zwischen einem Eintritt der Radialumlenkung (RT) und einem Austritt der Radialumlenkung (RT) mindestens um einen Faktor (FCSS) von 1,5 unterschiedlich ist.
  8. Rückführstufe (RS) nach Anspruch 7, wobei der Faktor (FCSS) mindestens 2,0 beträgt.
  9. Rückführstufe (RS) nach Anspruch 8, wobei der Faktor (FCSS) zwischen 2,3 und 3,3 beträgt.
  10. Rückführstufe (RS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei der Ringraum (RR) beschaufelt ausgebildet ist und das Flächenverhältnis der Querschnittsfläche (CSS) zwischen einem Eintritt der Radialumlenkung (RT) und einem Austritt der Radialumlenkung (RT) sich um einen Faktor (FCSS) von mindestens 1,4 unterscheidet.
  11. Rückführstufe (RS) nach Anspruch 10, wobei der Faktor (FCSS) mindestens 1,5 beträgt.
  12. Rückführstufe (RS) nach Anspruch 11, wobei der Faktor (FCSS) kleiner als 2,5 ist.
  13. Rückführstufe (RS) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Meridionalschnitt die axiale Erstreckung der Umlenkung von radial nach außen der Mittellinie (ML) bis in die Axialrichtung sich bis zu einer ersten Axialebene (AXP1) erstreckt, die zwischen 7/12 bis 11/12, bevorzugt zwischen 2/3 – 1/6 bis 2/3 + 1/6 der gesamten axialen Erstreckung der Mittellinie (ML) der Radialumlenkung (RT) erstreckt.
  14. Rückführstufe (RS) nach Anspruch 13, wobei an der ersten Axialebene (AXP1) mindestens 65% der gesamten Flächenaufweitung der Radialumlenkung (RT) erreicht sind.
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