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Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einem Laufrad, einer ersten Wandung, einem Laufradseitenraum, welcher zumindest abschnittsweise durch das Laufrad sowie zumindest abschnittsweise durch die erste Wandung begrenzt ist, einer zweiten Wandung, welche eine Durchströmöffnung aufweist, und einem Spalt, durch welchen die Durchströmöffnung mit dem Laufradseitenraum verbunden ist.
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Es ist bekannt, dass sich in fluidgefüllten Hohlräumen bzw. Kavitäten akustische Schwingungen ausbilden können, deren Eigenmoden (Akustikeigenmoden) durch charakteristische Eigenformen und zugehörige Eigenfrequenzen charakterisiert sind. Da es sich bei Fluiden um kontinuierliche Medien handelt, existieren für ein Fluid unendlich viele solcher Akustikeigenmoden.
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Ebenso können sich in Strukturen, wie z.B. in Bauteilen einer Maschine, Schwingungen ausbilden, deren Eigenmoden (Struktureigenmoden) ebenfalls durch charakteristischen Eigenformen und die zugehörigen Eigenfrequenzen charakterisiert sind.
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Sowohl Akustikeigenmoden als auch Struktureigenmoden lassen sich im Falle einer Axialsymmetrie (vereinfachend) durch ihre Anzahl von radialen Knotenlinien (auch Knotendurchmesser genannt) und ihre Anzahl von Knotenlinien in Umfangsrichtung charakterisieren.
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Ein Laufradseitenraum einer Strömungsmaschine kann von einem Fluid, mit dem die Strömungsmaschine betrieben wird, durchströmt werden und kann somit eine fluidgefüllte Kavität darstellen, in welcher sich akustische Schwingungen ausbilden können. Ferner stellt ein Laufrad einer Strömungsmaschine eine Struktur dar, in welcher sich strukturelle Schwingungen ausbilden können.
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Weiterhin ist es bekannt, dass ein Laufrad einer Strömungsmaschine während seiner Rotation Druck-/Schallwellen erzeugt, die sich über ein durch die Strömungsmaschine strömendes Fluid und/oder durch eine Interaktion zwischen dem Laufrad und einer Leitradbeschaufelung in einen Laufradseitenraum der Strömungsmaschine ausbreiten können.
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Durch einen solchen Anregungsmechanismus besteht ein Anregungspotential für akustische Schwingungen im Laufradseitenraum. Eine akustische Schwingung im Laufradseitenraum wiederum wirkt auf das Laufrad und beeinflusst somit das Betriebsverhalten der Strömungsmaschine.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strömungsmaschine mit verbessertem Betriebsverhalten bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Strömungsmaschine der eingangs genannten Art gelöst, die erfindungsgemäß einen Hohlraum aufweist, welcher in einen Übergang vom Spalt zum Laufradseitenraum mündet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine sind jeweils Gegenstand abhängiger Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es vom Frequenzunterschied zwischen den Eigenfrequenzen der Akustikeigenmoden im Laufradseitenraum und den Eigenfrequenzen der Struktureigenmoden des Laufrads – eine geometrischen Ähnlichkeit (Formähnlichkeit) zwischen den Akustikeigenmoden und den Struktureigenmoden bzw. eine gleiche Anzahl von Knotendurchmessern bei den Akustikeigenmoden und den Struktureigenmoden vorausgesetzt – abhängt, wie stark die strukturellen Schwingungen des Laufrads mit den akustischen Schwingungen im Laufradseitenraum gekoppelt sind. So ist die Kopplung umso stärker, je größer die Frequenzähnlichkeit ist. Von der Stärke der Kopplung wiederum hängt ab, wie stark das Betriebsverhalten der Strömungsmaschine, insbesondere das Schwingungsverhalten des Laufrads, durch die akustischen Schwingungen im Laufradseitenraum beeinflusst wird.
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Weiter geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass die Eigenfrequenzen und die Eigenformen der Akustikeigenmoden u.a. von einer Geometrie des Laufradseitenraums abhängig sind.
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Der zuvor erwähnte Hohlraum bildet eine (geometrische) Erweiterung des Laufradseitenraums. Durch den Hohlraum werden die Eigenfrequenzen und/oder die Eigenformen der Akustikeigenmoden im Laufradseitenraum (gegenüber einer Strömungsmaschine ohne einen solchen Hohlraum) verändern. Dies wiederum führt dazu, dass sich die Frequenzähnlichkeit zwischen den Eigenfrequenzen der Akustikeigenmoden im Laufradseitenraum und den Eigenfrequenzen der Struktureigenmoden des Laufrads und/oder die Formähnlichkeit zwischen den Akustikeigenmoden und den Struktureigenmoden (gegenüber einer Strömungsmaschine ohne einen solchen Hohlraum) verändert.
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Der Hohlraum ermöglicht es, die Stärke der Kopplung zwischen den strukturellen Schwingungen des Laufrads und den akustischen Schwingungen im Laufradseitenraum zu verändern – also je nach Bedarf zu verstärken oder zu verringern.
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Die Stärkung der Kopplung kann beispielsweise vorteilhaft sein, weil dadurch die Dämpfung des gekoppelten Systems aus Laufrad und dem das Laufrad umgebenden Fluid gesteigert werden kann. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass durch die stärkere Kopplung das Fluid zu stärkeren Schwingungen angeregt werden kann, sodass ein größerer Anteil der Schwingungsenergie des Laufrads im Fluid dissipiert wird. Hierdurch können hohe Schwingungsamplituden des Laufrads und eine daraus resultierende mögliche Beschädigung des Laufrads vermieden werden.
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In solch einem Fall kann mithilfe des Hohlraums die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Laufrads reduziert werden. Folglich können mit einer Beschädigung des Laufrads verbundene Nachteile (wie ein Maschinenausfall und/oder hohe Kosten) vermieden oder reduziert werden.
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Das Betriebsverhalten der Strömungsmaschine kann mithilfe des Hohlraums insbesondere dahingehend verbessert werden, dass das Laufrad der Strömungsmaschine – verglichen mit einer Strömungsmaschine ohne einen solchen Hohlraum – weniger anfällig für eine Beschädigung wird.
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Alternativ kann – falls gewünscht – mithilfe des Hohlraums die Kopplung zwischen den strukturellen Schwingungen des Laufrads und den akustischen Schwingungen im Laufradseitenraum verringert werden. In solch einem Fall kann der Hohlraum die Frequenzähnlichkeit zwischen den Eigenfrequenzen der Akustikeigenmoden im Laufradseitenraum und den Eigenfrequenzen der Struktureigenmoden des Laufrads und/oder die Formähnlichkeit zwischen den Akustikeigenmoden und den Struktureigenmoden verringern.
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Da im Bereich des Übergangs vom Spalt zum Laufradseitenraum eine hohe Wahrscheinlichkeit für Maxima der strukturellen Schwingungen und ein hohes Anregungspotential für akustische Schwingungen vorliegen, kann dadurch, dass der Hohlraum in den Übergang vom Spalt zum Laufradseitenraum mündet, über den Hohlraum die Kopplung zwischen den strukturellen Schwingungen des Laufrads und den akustischen Schwingungen im Laufradseitenraum besonders effektiv verändert werden.
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In bevorzugter Weise mündet der Hohlraum unmittelbar, d.h. ohne Zwischenpositionierung eines anderen Elements, in den Übergang vom Spalt zum Laufradseitenraum. Besagter Übergang kann insbesondere als Abschnitt/Bereich des Laufradseitenraums oder als Abschnitt/Bereich des Spalts aufgefasst werden.
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Vorzugsweise sind/ist die Dimensionierung und/oder Anordnung des Hohlraums auf mindestens einen Betriebsparameter der Strömungsmaschine abgestimmt. Anders ausgedrückt, die Dimensionierung und/oder Anordnung des Hohlraums kann von mindestens einem Betriebsparameter der Strömungsmaschine, wie z.B. von einer Nenndrehzahl des Laufrads, abhängig sein.
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Vorteilhafterweise umfasst das Laufrad einen Laufradeintritt sowie einen Laufradaustritt. Außerdem weist die Strömungsmaschine zweckmäßigerweise eine Drehachse auf, um welche das Laufrad rotierbar gelagert ist.
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Richtungsbezeichnungen, wie z.B. „radial“ und/oder „axial“, können gemäß dem üblichen Verständnis bezüglich der zuvor erwähnten Drehachse verstanden werden.
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Durch den Spalt können der Laufradaustritt und der Laufradseitenraum strömungstechnisch miteinander verbunden sein. Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn der Spalt zwischen der zweiten Wandung und dem Laufrad angeordnet ist.
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In bevorzugter Weise umfasst das Laufrad ein Scheibenelement. Zweckmäßigerweise ist der Laufradseitenraum zumindest abschnittsweise durch das Scheibenelement des Laufrads begrenzt. Ferner ist Laufradseitenraum, wie zuvor erwähnt, zumindest abschnittsweise durch die erste Wandung begrenzt. Das Scheibenelement kann den Laufradseitenraum dabei an einer ersten Seite begrenzen. Die erste Wandung hingegen kann den Laufradseitenraum an einer zweiten Seite, welche insbesondere gegenüberliegend zur ersten Seite angeordnet ist, begrenzen.
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Das Scheibenelement kann beispielsweise eine Deckscheibe sein. Folglich kann der Laufradseitenraum ein deckenscheibenseitiger Laufradseitenraum sein.
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Alternativ kann das Scheibenelement eine Radscheibe sein. Entsprechend kann der Laufradseitenraum ein radscheibenseitiger Laufradseitenraum sein.
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Außerdem kann eine Eigenfrequenz und/oder Eigenform des Hohlraums auf eine Eigenfrequenz und/oder Eigenform einer Akustikeigenmode in dem Laufradseitenraum abgestimmt sein. Hierbei können die Eigenformen insbesondere die gleiche Anzahl von Knotendurchmessern aufweisen.
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Weiterhin kann der Hohlraum derart dimensioniert und/oder angeordnet sein, dass sich beim Betrieb der Strömungsmaschine ein Bereich maximaler Amplitude einer akustischen Eigenmode innerhalb des Hohlraums, insbesondere mittig innerhalb des Hohlraums, befindet. Ein Bereich minimaler Amplitude der akustischen Eigenmode kann sich dabei im Laufradseitenraum, insbesondere in einem Außenbereich des Laufradseitenraums (d.h. in einem radial von der Drehachse entfernten Bereich des Laufradseitenraums), befinden.
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Vorteilhafterweise ist der Hohlraum axialsymmetrisch ausgebildet, insbesondere bezüglich der Drehachse. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Hohlraum ringförmig ausgebildet ist.
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Der Hohlraum kann beispielsweise als Kammer ausgebildet sein. Ferner kann der Hohlraum als Nut und/oder als Bohrung ausgebildet sein. Eine solche Ausgestaltung des Hohlraums ist aufwandsgünstig fertig- bzw. realisierbar.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Außendurchmesser des Hohlraums größer als ein Laufradaustrittsdurchmesser. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Außendurchmesser des Hohlraums 1,1-mal bis 2-mal so groß wie der Laufradaustrittsdurchmesser ist. Als Außendurchmesser des Hohlraums kann das Doppelte des radialen Abstands zwischen der Drehachse und dem radial von der Drehachse am weitesten entfernten Punkt des Hohlraums aufgefasst werden. Als Laufradaustrittsdurchmesser kann das Doppelte des radialen Abstands zwischen der Drehachse und dem radial von der Drehachse am weitesten entfernten Punkt des Laufradaustritts aufgefasst werden.
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Vorteilhafterweise umfasst die Strömungsmaschine einen Diffusor. Der Diffusor kann insbesondere dazu eingesetzt werden, kinetische Energie des aus dem Laufrad austretenden Fluids in potenzielle Energie in Form von Druck umzuwandeln.
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Zweckmäßigerweise ist der Diffusor axialsymmetrisch ausgestaltet, insbesondere bezüglich der Drehachse. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Diffusor ringförmig ausgestaltet ist.
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Weiter ist es zweckmäßig, wenn die Durchströmöffnung eine Eintrittsöffnung des Diffusors ist. Als Eintrittsöffnung kann dabei eine Öffnung verstanden werden, durch welche das Fluid in den Diffusor eintreten kann. Über seine Durchströmöffnung kann der Diffusor strömungstechnisch mit dem Laufradauslass verbunden sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen der Hohlraum, insbesondere dessen Öffnung, und der Laufradseitenraum im Bereich des Übergangs vom Spalt zum Laufradseitenraum zumindest im Wesentlichen die gleiche Dicke auf.
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Die Formulierung „zumindest im Wesentlichen die gleiche Dicke“ kann dahingehend verstanden werden, dass der Hohlraum und der Laufradseitenraum im Bereich des Übergangs vom Spalt zum Laufradseitenraum die gleiche Dicke aufweisen oder dass im Bereich des Übergangs vom Spalt zum Laufradseitenraum die Dicke des Hohlraums um höchstens 15%, vorzugsweise um höchstens 10%, von der Dicke des Laufradseitenraums abweicht.
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Weiter ist es bevorzugt, wenn der Hohlraum eine Querschnittsform mit zumindest im Wesentlichen konstanter Dicke aufweist. Eine solche Ausgestaltung des Hohlraums ist besonders aufwandsgünstig fertig- bzw. realisierbar.
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Die Formulierung „zumindest im Wesentlichen konstante Dicke“ kann dahingehen verstanden werden, dass die minimale Dicke der Querschnittsform um höchstens 15%, vorzugsweise um höchstens 10%, von der maximalen Dicke der Querschnittform abweicht.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass der Hohlraum eine sich in Richtung der Drehachse aufweitende oder sich in Richtung der Drehachse verjüngende Querschnittsform aufweist.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn der Hohlraum eine Querschnittsform aufweist, welche senkrecht oder schräg zur Drehachse des Laufrads ausgerichtet ist. Die Ausrichtung der Querschnittsform des Hohlraums kann u.a. in Abhängigkeit von dem für den Hohlraum zur Verfügung stehenden Platz gewählt sein. Ferner kann über die Wahl der Ausrichtung beeinflusst werden, wie stark der Hohlraum die Akustikeigenmoden im Laufradseitenraum in ihren Eigenfrequenzen beeinflusst.
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Prinzipiell ist es auch möglich, dass der Hohlraum eine parallel zur Drehachse des Laufrads ausgerichtete Querschnittsform aufweist.
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Die Strömungsmaschine kann außerdem eine weitere Wandung aufweisen. Ferner kann die Strömungsmaschine einen weiteren Laufradseitenraum aufweisen. Der weitere Laufradseitenraum ist zweckmäßigerweise zumindest abschnittsweise durch das Laufrad begrenzt. Zudem ist es zweckmäßig, wenn der weitere Laufradseitenraum zumindest abschnittsweise durch die weitere Wandung begrenzt ist.
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Zudem kann die Strömungsmaschine einen weiteren Spalt aufweisen. Durch den weiteren Spalt ist die Durchströmöffnung zweckmäßigerweise mit dem weiteren Laufradseitenraum verbunden. Ferner kann der weitere Laufradseitenraum durch den weiteren Spalt strömungstechnisch mit der Durchströmöffnung verbunden sein. Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn der Spalt zwischen der zweiten Wandung und dem Laufrad angeordnet ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Strömungsmaschine einen weiteren Hohlraum auf. Der weitere Hohlraum mündet vorteilhafterweise in einen Übergang vom weiteren Spalt zum weiteren Laufradseitenraum.
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Der weitere Hohlraum ermöglicht es vorteilhafterweise, die Stärke der Kopplung zwischen den strukturellen Schwingungen des Laufrads und den akustischen Schwingungen im weiteren Laufradseitenraum zu verändern. So kann der weitere Hohlraum insbesondere die Frequenzähnlichkeit zwischen den Eigenfrequenzen der Akustikeigenmoden im weiteren Laufradseitenraum und den Eigenfrequenzen der Struktureigenmoden des Laufrads und/oder die Formähnlichkeit dieser Eigenmoden verändern.
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Die Strömungsmaschine weist zweckmäßigerweise ein Gehäuse auf, welches einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Weiter ist es zweckmäßig, wenn die zuvor erwähnten Wandungen Elemente des Gehäuses, sprich Gehäusewandungen, sind.
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Vorzugsweise ist der weitere Laufradseitenraum zumindest abschnittsweise durch ein Scheibenelement des Laufrads, insbesondere durch ein anderes als das zuvor erwähnte Scheibenelement, begrenzt. Wie zuvor erwähnt, ist der weitere Laufradseitenraum zweckmäßigerweise zumindest abschnittsweise durch die weitere Wandung begrenzt ist. Das letztgenannte Scheibenelement kann den weiteren Laufradseitenraum dabei an einer ersten Seite begrenzen. Die weitere Wandung hingegen kann den weiteren Laufradseitenraum an einer zweiten Seite, welche insbesondere gegenüberliegend zur ersten Seite angeordnet ist, begrenzen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist einer der beiden Laufradseitenräume ein deckenscheibenseitiger Laufradseitenraum und der andere der beiden Laufradseitenräume ein radscheibenseitiger Laufradseitenraum.
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Die beiden Hohlräume können gleich große oder im Wesentlichen gleich große Außendurchmesser aufweisen. Alternativ kann der erstgenannte Hohlraum einen anderen Außendurchmesser – d.h. einen kleineren oder größeren Außendurchmesser – als der weitere Hohlraum aufweisen.
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Der weitere Hohlraum kann eine Querschnittsform aufweisen, die in demselben Winkel zur Drehachse ausgerichtet ist wie eine Querschnittsform des erstgenannten Hohlraums. Alternativ kann die Querschnittsform des erstgenannten Hohlraums in einem anderen Winkel zur Drehachse ausgerichtet sein als die Querschnittsform des weiteren Hohlraums.
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Der Größe des Außendurchmessers des jeweiligen Hohlraums bzw. die Ausrichtung der Querschnittsform des jeweiligen Hohlraums kann u.a. in Abhängigkeit von dem für den jeweiligen Hohlraum zur Verfügung stehenden Platz, von der Geometrie des jeweiligen Laufradseitenraums und/oder von den Strömungsverhältnissen (Druck, Strömungsgeschwindigkeit) im jeweiligen Laufradseitenraum gewählt sein. Ferner kann über die Wahl der Ausrichtungen und/oder der Außendurchmesser beeinflusst werden, wie stark die Hohlräume die Akustikeigenmoden in den Laufradseitenräumen in ihren Eigenfrequenzen beeinflussen.
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In bevorzugter Weise ist die Strömungsmaschine eine radiale Strömungsmaschine. Insbesondere kann die Strömungsmaschine ein Radialverdichter sein.
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Ferner ist es möglich, dass die Strömungsmaschine eine Radialturbine ist. Eine Radialturbine beruht auf einer Umkehrung des physikalischen Prinzips eines Radialverdichters und wird dementsprechend – bei entsprechenden Komponenten wie bei einem Radialverdichter – in entgegengesetzter Strömungsrichtung wie beim Radialverdichter durchströmt.
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Im Falle eines Radialverdichters ist der Laufradeintritt zweckmäßigerweise ein axialer Laufradeintritt und der Laufradaustritt ist zweckmäßigerweise ein radialer Laufradaustritt. Im Falle einer Radialturbine ist umkehrt der Laufradeintritt zweckmäßigerweise ein radialer Laufradeintritt und der Laufradaustritt ist zweckmäßigerweise ein axialer Laufradaustritt.
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Weiterhin kann die Strömungsmaschine prinzipiell eine halbaxiale Strömungsmaschine sein. Bei einer solchen Strömungsmaschine strömt das Fluid in einer halbaxialen Richtung vom Laufrad ab.
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Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen abhängigen Ansprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine kombinierbar. Ferner sind Verfahrensmerkmale, gegenständlich formuliert, auch als Eigenschaft der entsprechenden Vorrichtungseinheit zu sehen.
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Auch wenn in der Beschreibung bzw. in den Patentansprüchen einige Begriffe jeweils im Singular oder in Verbindung mit einem Zahlwort verwendet werden, soll der Umfang der Erfindung für diese Begriffe nicht auf den Singular oder das jeweilige Zahlwort eingeschränkt sein.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebenen Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche im Weiteren näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung einer radialen Strömungsmaschine mit einem Laufrad, zwei Laufradseitenräumen sowie zwei Hohlräumen, die jeweils strömungstechnisch mit einem der beiden Laufradseitenräumen verbunden sind, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 eine Schnittdarstellung einer anderen radialen Strömungsmaschine mit einem Laufrad, zwei Laufradseitenräumen sowie zwei Hohlräumen, die jeweils strömungstechnisch mit einem der beiden Laufradseitenräumen verbunden sind, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
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3 eine Schnittdarstellung einer weiteren radialen Strömungsmaschine mit einem Laufrad, zwei Laufradseitenräumen sowie zwei Hohlräumen, die jeweils strömungstechnisch mit einem der beiden Laufradseitenräumen verbunden sind, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine radiale Strömungsmaschine 2 in einer Schnittdarstellung. Bei der Strömungsmaschine 2 handelt es sich um einen Radialverdichter.
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Die Strömungsmaschine 2 umfasst unter anderem ein Laufrad 4, welches um eine Drehachse 6 rotierbar gelagert ist sowie axialsymmetrisch bezüglich der Drehachse 6 ausgestaltet ist. Die Schnittebene des dargestellten Schnitts verläuft entlang besagter Drehachse 6.
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Darüber hinaus umfasst die Strömungsmaschine 2 ein Gehäuse 8, in welchem das Laufrad 4 platziert ist.
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Das Laufrad 4 weist einen axialen Laufradeinlass 10 sowie einen radialen Laufradauslass 12 auf. Darüber hinaus umfasst das Laufrad 4 eine Nabe 14 sowie radial von der Nabe 14 abstehende Schaufeln 16. Zwischen den Schaufeln 16 des Laufrads 4 sind Strömungskanäle ausgebildet, welche von einem Fluid durchströmbar sind.
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Außerdem weist das Laufrad 4 an einer Seite eine Deckscheibe 18 auf, welche die Schaufeln 16 des Laufrads 4 begrenzt. An der gegenüberliegenden Seite weist das Laufrad 4 eine Radscheibe 20 auf, die einteilig mit der Nabe 14 ausgebildet ist und die Schaufeln 16 miteinander verbindet.
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Weiterhin weist die Strömungsmaschine 2 einen deckscheibenseitigen Laufradseitenraum 22 sowie einen radscheibenseitigen Laufradseitenraum 24 auf. Der deckscheibenseitige Laufradseitenraum 22 ist einerseits durch die Deckscheibe 18 begrenzt und andererseits abschnittsweise durch eine erste Wandung 26 des Gehäuses 8 begrenzt. Analog ist der radscheibenseitige Laufradseitenraum 24 einerseits durch die Radscheibe 20 begrenzt und andererseits abschnittsweise durch eine zweite Wandung 28 des Gehäuses 8 begrenzt.
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Ferner weist die Strömungsmaschine 2 einen ringförmigen, bezüglich der Drehachse 6 axialsymmetrischen Diffusor 30 auf, welcher als eine Hohlkammer im Gehäuse 8 ausgebildet ist.
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Darüber hinaus umfasst das Gehäuse 8 der Strömungsmaschine 2 eine weitere Wandung 32, welche eine Durchströmöffnung 34 aufweist. Diese Durchströmöffnung 34 bildet einen Einlass des Diffusors 30 und ist im Bereich des radialen Laufradauslasses 12 platziert.
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Die Strömungsmaschine 2 weist außerdem zwischen der Deckscheibe 18 und der weiteren Wandung 32 einen deckscheibenseitigen Spalt 36 auf, durch welchen der deckscheibenseitige Laufradseitenraum 22 mit der Durchströmöffnung 34 und dem Laufradauslass 12 strömungstechnisch verbunden ist. Zudem weist die Strömungsmaschine 2 zwischen der Radscheibe 20 und der weiteren Wandung 32 einen radscheibenseitigen Spalt 38 auf, durch welchen der radscheibenseitige Laufradseitenraum 24 mit der Durchströmöffnung 34 und dem Laufradauslass 12 strömungstechnisch verbunden ist.
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Weiterhin weist die Strömungsmaschine 2 einen deckscheibenseitigen Hohlraum 40 sowie einen radscheibenseitigen Hohlraum 42 auf, die jeweils als Hohlkammer im Gehäuse 8 der Strömungsmaschine 2 ausgebildet sind. Der deckscheibenseitige Hohlraum 40 mündet mit seiner Hohlraumöffnung in einen Übergang 44 vom deckscheibenseitigen Spalt 36 zum deckscheibenseitigen Laufradseitenraum 22, wohingegen der radscheibenseitige Hohlraum 42 mit seiner Hohlraumöffnung in einen Übergang 46 vom radscheibenseitigen Spalt 38 zum radscheibenseitigen Laufradseitenraum 24 mündet. Das heißt, der deckscheibenseitige Hohlraum 40 ist strömungstechnisch mit dem deckscheibenseitigen Laufradseitenraum 22 verbunden und der radscheibenseitige Hohlraum 42 ist strömungstechnisch mit dem radscheibenseitigen Laufradseitenraum 24 verbunden. Der deckscheibenseitige Hohlraum 40 bildet eine Erweiterung des deckscheibenseitigen Laufradseitenraums 22. Entsprechend bildet der radscheibenseitige Hohlraum 42 eine Erweiterung des radscheibenseitigen Laufradseitenraums 24.
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Die beiden Hohlräume 40, 42 sind ringförmig ausgebildet, wobei die Hohlräume 40, 42 axialsymmetrisch bezüglich der zuvor erwähnten Drehachse 6 sind. Ferner weisen die beiden Hohlräume 40, 42 jeweils eine senkrecht zur Drehhachse 6 ausgerichtete Querschnittsform mit konstanter Dicke auf.
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Außerdem haben die beiden Hohlräume 40, 42 gleich große Außendurchmesser. Ihre Außendurchmesser entsprechen ca. dem 1,4-fachen des Laufradaustrittsdurchmessers. Zudem weist der deckscheibenseitige Hohlraum 40 im Bereich des Übergangs 44 vom deckscheibenseitigen Spalt 36 zum deckscheibenseitigen Laufradseitenraum 22 in etwa die gleiche Dicke auf wie der deckscheibenseitige Laufradseitenraum 22. Analog weist der radscheibenseitige Hohlraum 42 im Bereich des Übergangs 46 vom radscheibenseitigen Spalt 38 zum radscheibenseitigen Laufradseitenraum 24 in etwa die gleiche Dicke auf wie der radscheibenseitige Laufradseitenraum 24.
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Die Strömungsmaschine 2 wird zum Verdichten eines Fluids 48, wie z.B. Luft, eingesetzt. Figürlich ist das Fluid 48 in Form von Pfeilen, welche zugleich die Strömungsrichtung 50 des Fluids 48 angeben, symbolisch dargestellt.
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Während des Betriebs der Strömungsmaschine 2 strömt das Fluid 48 axial durch den Laufradeinlass 10 in das Laufrad 4 bzw. in die durch die Schaufeln 16 gebildeten Strömungskanäle ein. Das Fluid 48 wird durch das Laufrad 4 in Rotation versetzt und verlässt das Laufrad 4 radial durch den Laufradauslass 12.
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Ein Großteil des aus dem Laufrad 4 austretenden Fluids 48 strömt in den Diffusor 30. Zudem strömt ein Teil des aus dem Laufrad 4 austretenden Fluids 48 – als Leckageströmung – in die beiden Laufradseitenräume 22, 24 und durchströmt die Laufradseitenräume 22, 24 radial nach innen, d.h. entgegen der Strömungsrichtung 50 innerhalb des Laufrads 4.
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Im Betrieb verursacht die Strömungsmaschine 2 – bedingt durch die hohe Geschwindigkeit des durch das Laufrad 4 hindurchströmenden Fluids 48 sowie durch eine Interaktion von Rotor- und Statorkomponenten – hohe Druck-/Schallemissionen. Die auftretenden Druck-/Schallwellen breiten sich über das Fluid 48 auch in die Laufradseitenräume 22, 24 aus.
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Durch die druckbedingte Strömungsanregung in den Laufradseitenräumen 22, 24 besteht ein Anregungspotential für akustische Schwingungen des Fluids 48 in den Laufradseitenräumen 22, 24.
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Die zuvor erwähnten Hohlräume 40, 42 der Strömungsmaschine 2 bewirken, dass sich die Frequenzähnlichkeit zwischen den Akustikeigenmoden in den Laufradseitenräumen 22, 24 und den Strukturmoden des Laufrads 4 und deren Formähnlichkeit verändern (verglichen mit einer Strömungsmaschine ohne solche Hohlräume), wodurch wiederum das Betriebsverhalten der Strömungsmaschine 2 beeinflusst wird.
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Die Beschreibungen der nachfolgenden Ausführungsbeispiele beschränken sich jeweils primär auf die Unterschiede zum vorhergehenden, im Zusammenhang mit 1 diskutierten Ausführungsbeispiel, auf das bezüglich gleichbleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Im Wesentlichen gleiche bzw. einander entsprechende Elemente sind, soweit zweckdienlich, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht erwähnte Merkmale sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen übernommen, ohne dass sie erneut beschrieben sind.
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2 zeigt eine andere radiale Strömungsmaschine 52 in einer Schnittdarstellung.
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel aus 1 dadurch, dass beide Hohlräume 40, 42 unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen.
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Zeichnungsgemäß weist der deckscheibenseitige Hohlraum 40 einen kleineren Außendurchmesser auf als der radscheibenseitige Hohlraum 42. Im vorliegenden Fall entspricht der Außendurchmesser des deckscheibenseitigen Hohlraums 40 ca. dem 1,2-fachen des Laufradaustrittsdurchmessers, wohingegen der Außendurchmesser des radscheibenseitigen Hohlraums 42 ca. dem 1,5-fachen des Laufradaustrittsdurchmessers entspricht.
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Grundsätzlich wäre es möglich, dass der deckscheibenseitige Hohlraum 40 einen größeren Außendurchmesser aufweist als der radscheibenseitige Hohlraum 42.
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3 zeigt eine weitere radiale Strömungsmaschine 54 in einer Schnittdarstellung.
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel aus 1 dadurch, dass der radscheibenseitige Hohlraum 42 eine Querschnittform aufweist, die schräg (und nicht senkrecht wie im Ausführungsbeispiel aus 1) zur Drehachse 6 ausgerichtet ist. Im vorliegenden Fall weist der radscheibenseitige Hohlraum 42 eine Querschnittform auf, die in einem Winkel von ca. 70° zur Drehachse 6 ausgerichtet ist.
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Grundsätzlich wäre es möglich, dass anstelle des radscheibenseitigen Hohlraums 42 der deckscheibenseitige Hohlraum 40 eine Querschnittform aufweist, die schräg zur Drehachse 6 ausgerichtet ist.
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Es ist aber auch denkbar, dass sowohl der deckscheibenseitige Hohlraum 40 als auch der radscheibenseitige Hohlraum 42 eine Querschnittform aufweisen, die schräg zur Drehachse 6 ausgerichtet ist. Hierbei können die Querschnittform des deckscheibenseitigen Hohlraums 40 und die Querschnittform des radscheibenseitigen Hohlraums 42 symmetrisch oder asymmetrisch bezüglich des Diffusors 30 ausgerichtet sein.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
