CH712614A2 - Flow machine. - Google Patents
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Abstract
Strömungsmaschine, mit einem Rotor, der ein radial durchströmtes Laufrad (10) aufweist, und mit einem Stator, der ein Gehäuse (11) und ein am Gehäuse (11) montiertes Einsatzstück (12) aufweist, wobei das Einsatzstück (12) einen Strömungskanal für ein Arbeitsfluid, nämlich eine sich in Axialrichtung erstreckende erste Strömungspassage (17) und eine sich gegenüber der ersten Strömungspassage (17) bogenförmig nach radial aussen erstreckende zweite Strömungspassage (18) des Strömungskanals, zumindest abschnittsweise begrenzt, und wobei das Einsatzstück (12) im Bereich eines Einsatzstückflanschs (15) an einem Gehäuseflansch (16) des Gehäuses (11) über Verbindungselemente (14) derart befestigt ist, dass das Laufrad (10) bei montiertem Gehäuse (11) demontierbar und montierbar ist, wobei am Gehäuse (11) ein Prall- und Verformungskörper (20) montiert ist, der im Falle des Berstens des Laufrads (10) eine Bewegung des Einsatzstücks (12) formschlüssig unterbindet.Turbomachine with a rotor having a radial flow impeller (10), and with a stator having a housing (11) and an on the housing (11) mounted insert (12), wherein the insert (12) has a flow channel for a working fluid, namely a first flow passage (17) extending in the axial direction and a second flow passage (18) of the flow passage (18) extending radially outwards relative to the first flow passage (17) are delimited, at least in sections, and wherein the insert (12) is in the range an insert flange (15) is fastened to a housing flange (16) of the housing (11) by means of connecting elements (14) such that the impeller (10) can be dismantled and mounted when the housing (11) is mounted, an impact on the housing (11) - And deformation body (20) is mounted, which in the case of bursting of the impeller (10) prevents a movement of the insert (12) form-fitting manner.
Description
Beschreibung [0001] Aus der DE 102010027762 B4 ist eine Strömungsmaschine mit einem Rotor und einem Stator bekannt. Der Rotor verfügt über ein radial durchströmtes Laufrad. Der Stator verfügt über ein Gehäuse und über ein am Gehäuse montiertes Einsatzstück. Das Einsatzstück begrenzt abschnittsweise einen Strömungskanal der Strömungsmaschine für ein Arbeitsfluid, nämlich eine sich in Axialrichtung erstreckende Strömungspassage des Strömungskanals und eine bogenförmige, sich nach radial aussen erstreckende Strömungspassage des Strömungskanals. Nach der DE 10 2010 027 762 B4 ist das Einsatzstück an dem Gehäuse montiert, nämlich über Verbindungselemente, die sich durch einen Einsatzstückflansch des Einsatzstücks und einen entsprechenden Gehäuseflansch des Gehäuses erstrecken. Dabei ist das Einsatzstück derart am Gehäuse befestigt, dass das Laufrad bei montiertem Gehäuse demontierbar und montierbar ist. Zum Zugriff auf das Laufrad muss lediglich das Einsatzstück vom Gehäuse entfernt werden, es ist jedoch nicht erforderlich, das Gehäuse zu demontieren. Wie bereits ausgeführt, ist das Einsatzstück über eine Vielzahl von Verbindungselementen, die als Schrauben ausgeführt sind, am Gehäuse befestigt, wobei nach dem Stand der Technik die als Schrauben ausgebildeten Verbindungselemente, über die das Einsatzstück am Gehäuse befestigt ist, einen sogenannten Containmentschutz bereitstellen. Sollte im Betrieb das Laufrad bersten, und sollten Bruchstücke des Laufrads auf das Einsatzstück treffen, so müssen nach dem Stand der Technik die als Schrauben ausgebildeten Verbindungselemente zwischen Einsatzstück und Gehäuse diese Kräfte aufnehmen bzw. abfangen. Daher ist es nach dem Stand der Technik erforderlich, eine Vielzahl derartiger Verbindungselemente zur Verbindung des Einsatzstücks am Gehäuse vorzusehen, die teilweise auch als hochfeste Schrauben ausgeführt sein müssen.Description [0001] DE 102010027762 B4 discloses a turbomachine with a rotor and a stator. The rotor has a radial flow-through impeller. The stator has a housing and an insert mounted to the housing. The insert piece partially limits a flow channel of the fluid flow machine for a working fluid, namely an axially extending flow passage of the flow channel and an arcuate, radially outwardly extending flow passage of the flow channel. According to DE 10 2010 027 762 B4, the insert is mounted on the housing, namely via connecting elements which extend through an insert flange of the insert and a corresponding housing flange of the housing. In this case, the insert piece is fixed to the housing such that the impeller is removable and mountable when the housing is mounted. To access the impeller only the insert must be removed from the housing, but it is not necessary to disassemble the housing. As already stated, the insert is fastened to the housing via a multiplicity of connecting elements, which are designed as screws, wherein, according to the prior art, the connecting elements designed as screws, by way of which the insert is fastened to the housing, provide so-called containment protection. Should the impeller rupture during operation, and should fragments of the impeller strike the insert, then, according to the prior art, the connecting elements designed as screws between the insert and the housing must absorb or absorb these forces. Therefore, it is necessary in the prior art to provide a plurality of such fasteners for connecting the insert to the housing, which must be partially designed as high-strength screws.
[0002] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsmaschine mit einem besseren Containmentschutz zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Strömungsmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäss ist am Gehäuse ein Prall- und Verformungskörper montiert, der im Falle des Berstens des Laufrads eine Bewegung des Einsatzstücks formschlüssig unterbindet.Proceeding from this, the present invention has the object to provide a turbomachine with a better containment protection. This object is achieved by a turbomachine according to claim 1. According to the invention, a baffle and deformation body is mounted on the housing, which positively prevents movement of the insert in the event of rupture of the impeller.
[0003] Mit der hier vorliegenden Erfindung wird ein völlig neuartiger Containmentschutz für eine Strömungsmaschine bereitgestellt. Kräfte, die im Falle des Berstens des Laufrads auf das Einsatzstück einwirken, müssen nicht vollständig von den Verbindungselementen, über die das Einsatzstück am Gehäuse montiert ist, abgefangen werden, vielmehr übernimmt der am Gehäuse montierte Prall- und Verformungskörper das Abfangen dieser Kräfte, und zwar dadurch, dass das Einsatzstück am Prall- und Verformungskörper formschlüssig zur Anlage kommt und dabei auf das Einsatzstück wirkende Kräfte über den Prall- und Verformungskörper abgefangen und umgeformt sowie in das Gehäuse übertragen werden. Die Erfindung ermöglicht einerseits das Einsatzstück formschlüssig am Gehäuse über dem Prall- und Verformungskörper zu halten, andererseits besteht keine Notwendigkeit der Demontage des Gehäuses bei Zugriff auf das Laufrad.With the present invention, a completely new Containmentschutz is provided for a turbomachine. Forces that act on the insert in the event of the impeller rupturing need not be completely intercepted by the fasteners that mount the insert to the housing, but the impact and deformation body mounted on the housing absorbs these forces in that the insert comes into positive engagement with the impact and deformation body and thereby absorbs forces acting on the insert over the impact and deformation body and reshaped and transferred into the housing. On the one hand, the invention makes it possible to hold the insert in a form-fitting manner on the housing above the baffle and deformation body, on the other hand, there is no need for disassembly of the housing when accessing the impeller.
[0004] Vorzugsweise ist der Prall- und Verformungskörper mit einem ersten Abschnitt in eine Nut des Gehäuses eingesetzt und an diesem ersten Abschnitt über Verbindungelemente mit dem Gehäuse verbunden, wobei der Prall- und Verformungskörper mit einem zweiten Abschnitt aus der Nut des Gehäuses herausragt und mit diesem zweiten Abschnitt das Einsatzstück im Bereich des in der Projektion überdeckt. Diese Details ermöglichen eine einfache Montage des Prall- und Verformungskörpers am Gehäuse sowie das Halten des Einsatzstücks am Gehäuse im Berstfall des Laufrads über einen Formschluss sowie darüber hinaus die Montierbarkeit und Demontierbarkeit des Laufrads bei montiertem Gehäuse.Preferably, the baffle and deformation body is inserted with a first portion in a groove of the housing and connected to this first portion via connecting elements with the housing, wherein the baffle and deformation body protrudes with a second portion of the groove of the housing and with This second section, the insert in the area covered in the projection. These details allow easy installation of the baffle and deformation body on the housing and the holding of the insert on the housing in case of burst of the impeller via a positive connection and beyond the mountability and disassembly of the impeller with mounted housing.
[0005] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen dem Prall- und Verformungskörper und dem Einsatzstück ein Spalt ausgebildet, der vorzugsweise derart bemessen ist, dass das Einsatzstück erst nach einem Versagen der Verbindungselemente, über die das Einsatzstück an dem Gehäuse befestigt ist, zur Anlage kommt. Diese Weiterbildung der Erfindung nutzt zu Beginn eines Schadenfalls des Laufrads zur Umformung der auf das Einsatzstück wirkenden Kräfte einen Verformungsweg bzw. Abscherweg der Verbindungselemente, über welches das Einsatzstück am Gehäuse montiert ist. Erst im Anschluss kommt dann das Einsatzstück formschlüssig am Prall- und Verformungskörper zum Einsatz, der dann die weitere Abfangung der auf das Einsatzstück wirkenden Kräfte übernimmt und dieselbe letztendlich in das Gehäuse überträgt.According to an advantageous embodiment, a gap is formed between the baffle and deformation body and the insert, which is preferably dimensioned such that the insert comes to rest only after a failure of the connecting elements, via which the insert is attached to the housing , This development of the invention uses at the beginning of a damage case of the impeller for forming the forces acting on the insert forces a deformation path or Abscherweg the connecting elements, via which the insert is mounted on the housing. Only then is the insert then form-fit on the baffle and deformation body used, which then takes over the further interception of the force acting on the insert forces and ultimately transmits the same in the housing.
[0006] Vorzugsweise ist der Prall- und Verformungskörper einteilig ausgebildet. Alternativ ist derselbe mehrteilig aus mehreren Segmenten ausgebildet. Dann, wenn der Prall- und Verformungskörper einteilig ausgebildet ist, verfügt derselbe an seinem Umfang vorzugsweise über mehrere Ausnehmungen, über die derselbe dann bajonettartig in die Nut am Gehäuse eingesetzt werden kann. Die mehrteilige Ausbildung des Prall- und Verformungskörpers aus mehreren Segmenten ist konstruktiv einfacher.Preferably, the baffle and deformation body is integrally formed. Alternatively, it is formed in several parts from several segments. Then, when the baffle and deformation body is integrally formed, the same has at its periphery preferably a plurality of recesses over which the same can then be inserted into the groove on the housing like a bayonet. The multi-part design of the baffle and deformation body of several segments is structurally simpler.
[0007] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawings. Showing:
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemässen Strömungsmaschine.Fig. 1 shows a detail of an inventive flow machine.
[0008] Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, nämlich eine Radialströmungsmaschine mit einem radial durchströmten Laufrad. Dabei kann die Radialströmungsmaschine als Radialverdichter oder auch als Radialturbine ausgeführt sein.The invention relates to a turbomachine, namely a radial flow machine with a radially flowed through impeller. In this case, the radial flow machine can be designed as a radial compressor or as a radial turbine.
[0009] Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beschrieben, die eine als Radialverdichter ausgebildete Radialströmungsmaschine zeigt.The invention will be described with reference to the embodiment of Fig. 1, which shows a designed as a radial compressor radial flow machine.
[0010] Der in Fig. 1 im Ausschnitt gezeigte Radialverdichter verfügt über einen Rotor mit einem radial durchströmten Laufrad 10. Das Laufrad 10 ist axial angeströmt und radial abgeströmt.The radial compressor shown in Fig. 1 in the cutout has a rotor with a radially flowed through impeller 10. The impeller 10 is axially impinged and flowed away radially.
[0011] Ferner verfügt die Strömungsmaschine der Fig. 1 über Baugruppen eines Stators, wobei vom Stator in Fig. 1 ein Verdichtergehäuse 11, ein am Verdichtergehäuse 11 montiertes Einsatzstück 12 sowie ein Diffusorring 13 gezeigt sind.Furthermore, the turbomachine of FIG. 1 has assemblies of a stator, wherein from the stator in Fig. 1, a compressor housing 11, a mounted on the compressor housing 11 insert 12 and a diffuser ring 13 are shown.
[0012] Das Einsatzstück 12 ist über als Schrauben ausgebildete Verbindungselemente 14 am Verdichtergehäuse 11 montiert, wobei diese Verbindungselemente 14 sich einerseits durch einen Einsatzstückflansch 15 des Einsatzstücks 12 und andererseits durch einen entsprechenden Gehäuseflansch 16 des Verdichtergehäuses 11 erstrecken.The insert 12 is mounted on the compressor housing 11 formed as a screw connecting elements 14, said connecting elements 14 extend on the one hand by a Einsatzstückflansch 15 of the insert 12 and on the other hand by a corresponding housing flange 16 of the compressor housing 11.
[0013] Das Einsatzstück 12 ist derart am Verdichtergehäuse 11 montiert, dass nach Demontage des Einsatzstücks 12 vom Verdichtergehäuse 11 das Laufrad 10 montiert und demontiert werden kann, ohne dass auf das Verdichtergehäuse 11 als solches zugegriffen werden muss. Das Laufrad 10 ist demnach bei montiertem Verdichtergehäuse 11 und demontiertem Einsatzstück 12 montierbar sowie demontierbar.The insert 12 is mounted on the compressor housing 11 so that after disassembly of the insert 12 from the compressor housing 11, the impeller 10 can be mounted and dismounted without having to access the compressor housing 11 as such. The impeller 10 is therefore mounted and dismountable with mounted compressor housing 11 and disassembled insert 12.
[0014] Das statorseitige Einsatzstück 12 begrenzt abschnittsweise, nämlich bezogen auf das rotorseitige Laufrad 10 radial aussen, einen Strömungskanal der Strömungsmaschine für ein Arbeitsfluid.The stator-side insert 12 limits sections, namely, based on the rotor-side impeller 10 radially outward, a flow channel of the turbomachine for a working fluid.
[0015] So ist das Laufrad 10 axial angeströmt, wobei das Einsatzstück 12 eine sich in Axialrichtung erstreckende erste Strömungspassage 17 des Strömungskanals, die der Anströmung des Laufrads 10 dient, abschnittsweise begrenzt.Thus, the impeller 10 is flowed axially, wherein the insert 12 is a portion extending in the axial direction extending first flow passage 17 of the flow channel, which serves the flow of the impeller 10.
[0016] Ferner begrenzt das Einsatzstück 12 eine sich nach radial aussen erstreckende Strömungspassage 18 des Strömungskanals für das Arbeitsfluid, nämlich radial aussen angrenzend an das Laufrad 10, wobei in diesem Bereich das Einsatzstück 12 bogenförmig konturiert ist. In Durchströmungsrichtung gesehen schliesstsich stromabwärts des Laufrads 10 sowie stromabwärts des Einsatzstücks 12 der Diffusorring 13 an, der vorzugsweise feststehende Diffusorleitschaufeln 19 aufweist.Further, the insert 12 defines a radially outwardly extending flow passage 18 of the flow channel for the working fluid, namely radially outwardly adjacent to the impeller 10, wherein in this area the insert 12 is contoured arcuate. When viewed in the direction of flow, downstream of the impeller 10 and downstream of the insert 12, the diffuser ring 13, which preferably has fixed diffuser vanes 19, adjoins.
[0017] Erfindungsgemäss ist am Gehäuse 11 ein Prall- und Verformungskörper 20 montiert. Dann, wenn im Betrieb das Laufrad 10 versagt, also im Falle eines Berstens des Laufrads 10, wirken auf das Einsatzstück 12 Kräfte und Momente, die dann, wenn die Verbindungselemente 14, über welche das Einsatzstück 12 am Verdichtergehäuse 11 montiert ist, versagen, vom Prall- und Verformungskörper 20 abgefangen und in das Verdichtergehäuse 11 übertragen werden. Dabei unterbindet der Prall- und Verformungskörper 20 formschlüssig eine Bewegung des Einsatzstücks 12 bei Versagen der Verbindungselemente 14, über die das Einsatzstück 12 am Verdichtergehäuse 11 befestigt ist.According to the invention, a baffle and deformation body 20 is mounted on the housing 11. Then, when in operation, the impeller 10 fails, so in the case of bursting of the impeller 10, act on the insert 12 forces and moments, which, when the connecting elements 14, via which the insert 12 is mounted on the compressor housing 11, fail, from Impact and deformation body 20 intercepted and transmitted to the compressor housing 11. In this case, the baffle and deformation body 20 positively prevents movement of the insert 12 in case of failure of the connecting elements 14, via which the insert 12 is attached to the compressor housing 11.
[0018] Wie Fig. 1 entnommen werden kann, überdeckt der Prall- und Verformungskörper 20 das Einsatzstück 12 im Bereich seines Einsatzstückflanschs 15 in axialer Projektion zumindest abschnittsweise. Dann, wenn die Verbindungselemente 14, über die das Einsatzstück 12 am Verdichtergehäuse 11 montiert ist, bei Bersten des Laufrads 10 infolge der dann auf das Einsatzstück 12 wirkenden Kräfte versagen, kommt das Einsatzstück 12 mit seinem Einsatzstückflansch 15 an dem Prall- und Verformungskörper 20 definiert zur Anlage, wobei, wie bereits ausgeführt, der Prall- und Verformungskörper 20 dann die entsprechende Kräfte aufnimmt und in das Verdichtergehäuse 11 überträgt.As can be seen in Fig. 1, the baffle and deformation body 20 covers the insert 12 in the region of its Einsatzstückflanschs 15 in axial projection at least partially. Then, when the connecting elements 14, over which the insert 12 is mounted on the compressor housing 11, fail due to then acting on the insert 12 forces bursting of the impeller 10, the insert 12 comes with its Einsatzstückanschansch 15 defined on the baffle and deformation body 20 to the plant, wherein, as already stated, the baffle and deformation body 20 then receives the corresponding forces and transmits into the compressor housing 11.
[0019] Das Prall- und Einsatzstück 20 ist dabei über mehrere Verbindungselemente 21 am Verdichtergehäuse 11 montiert.The baffle and insert piece 20 is mounted on the compressor housing 11 via a plurality of connecting elements 21.
[0020] Der Prall- und Verformungskörper 20 ist mit einem Abschnitt, nämlich einem radial äusseren Abschnitt, in eine Nut 22 des Verdichtergehäuses 11 eingesetzt und ragt mit einem zweiten Abschnitt, nämlich einem radial inneren Abschnitt, aus dieser Nut 22 heraus. Mit diesem aus der Nut 22 herausragenden, zweiten, radial inneren Abschnitt überdeckt der Prall- und Verformungskörper in der axialen Projektion das Einsatzstück 12 im Bereich seines Einsatzstückflanschs 15.The baffle and deformation body 20 is inserted with a portion, namely a radially outer portion in a groove 22 of the compressor housing 11 and protrudes with a second portion, namely a radially inner portion, out of this groove 22. With this, from the groove 22 outstanding, second, radially inner portion of the baffle and deformation body in the axial projection covers the insert 12 in the region of its Einsatzstückanschanschs 15th
[0021] Die Verbindungselemente 21, über die der Prall- und Verformungskörper 20 am Verdichtergehäuse 11 montiert ist, erstrecken sich einerseits durch das Verdichtergehäuse 11 und andererseits durch den in die Nut 22 hineinragenden, ersten, radial äusseren Abschnitt des Prall- und Verformungskörpers 20.The connecting elements 21, via which the baffle and deformation body 20 is mounted on the compressor housing 11 extend on the one hand through the compressor housing 11 and on the other hand by the projecting into the groove 22, the first, radially outer portion of the baffle and deformation body 20th
[0022] Der Prall- und Verformungskörper 20 kann einteilig oder auch mehrteilig aus mehreren Segmenten gebildet sein. Dann, wenn der Prall- und Verformungskörper 20 einteilig ausgeführt ist, verfügt derselbe vorzugsweise über eine wellenartige Kontur an seinem ersten, radial äusseren Abschnitt, um denselben dann bajonettartig in die Nut 22 des Verdichtergehäuses 11 einzufädeln. Dann, wenn der Prall- und Verformungskörper 20 mehrteilig aus mehreren Segmenten gebildet ist, kann der Prall- und Verformungskörper 20, nämlich die Segmente desselben, einfacher in die Nut 22 des Verdichtergehäuses 11 eingesetzt und am Verdichtergehäuse 11 segmentweise montiert werden.The baffle and deformation body 20 may be formed integrally or in several parts of several segments. Then, when the baffle and deformation body 20 is made in one piece, it preferably has a wave-like contour at its first, radially outer portion to then the same bayonet thread into the groove 22 of the compressor housing 11. Then, when the baffle and deformation body 20 is formed of several segments in several parts, the baffle and deformation body 20, namely the segments thereof, can be more easily inserted into the groove 22 of the compressor housing 11 and mounted on the compressor housing 11 in segments.
[0023] Bei dem einteiligen oder mehrteiligen Prall- und Verformungskörper 20 handelt es sich vorzugsweise um ein einteiliges oder segmentiertes Stahlblech.The one-piece or multipart impact and deformation body 20 is preferably a one-piece or segmented steel sheet.
[0024] Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ist zwischen dem Einsatzstück 12, nämlich dem Einsatzstückflansch 15 desselben, und dem Prall-und Verformungskörper 20 ein Spalt 23 ausgebildet. Dieser Spalt 23 ist dabei derart bemessen, dass das Einsatzstück 12 mit seinem Einsatzstückflansch 15 erst nach Versagen bzw. Abscheren der Verbindungselemente 14, über die das Einsatzstück 12 am Verdichtergehäuse 11 montiert ist, zur Anlage kommt.1, between the insert 12, namely the insert flange 15 of the same, and the impact and deformation body 20, a gap 23 is formed. This gap 23 is dimensioned such that the insert 12 comes to rest with its insert flange 15 only after failure or shearing of the connecting elements 14, via which the insert 12 is mounted on the compressor housing 11.
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