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WO2014012725A1 - Paralleldiffusor für eine fluidmaschine - Google Patents

Paralleldiffusor für eine fluidmaschine Download PDF

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Publication number
WO2014012725A1
WO2014012725A1 PCT/EP2013/062474 EP2013062474W WO2014012725A1 WO 2014012725 A1 WO2014012725 A1 WO 2014012725A1 EP 2013062474 W EP2013062474 W EP 2013062474W WO 2014012725 A1 WO2014012725 A1 WO 2014012725A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
housing
parallel diffuser
diffuser
parallel
fluid
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/062474
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus JACOBY
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2014012725A1 publication Critical patent/WO2014012725A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/444—Bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F01D17/143—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path the shiftable member being a wall, or part thereof of a radial diffuser
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/46—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/462—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/464—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for elastic fluid pumps adjusting flow cross-section, otherwise than by using adjustable stator blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/52—Outlet

Definitions

  • the invention relates to a parallel diffuser for a fluid machine, a fluid machine, in particular a controllable turbine engine, for example a turbine, an expander or a compressor, and a method for controlling a mass flow of a fluid machine.
  • a controllable turbine engine for example a turbine, an expander or a compressor
  • Prior art centrifugal compressor typically comprise an inlet channel through which flows the fluid, an impeller, which serves to drive the fluid or to compress, and an outlet through which the compressed fluid to Ra ⁇ dialverêtr leaves again.
  • the exhaust passage ie downstream of the impeller, often has a simple one
  • a sogenann ⁇ ter parallel diffuser serves to decelerate the flow behind the impeller and thereby build up pressure by converting kinetic energy into potential energy before it is further retarded and rectified in an annulus (spiral).
  • annulus spiral
  • blades are incorporated in this parallel-walled flow channel, which serve to change (“set up") the characteristics of turbocompressors. In these cases one often speaks of a bladed diffuser.
  • Radial compressors are also known in the prior art, in which these blades are rotatably adjustable or rotatable for the purpose of controlling the compressor.
  • the blades have for this purpose a shaft mounted outside of the flow channel, which in turn is connected in a suitable form with egg ⁇ ner external adjustment kinematics or adjusting mechanism. This serves to synchronously adjust all diffuser blades.
  • adjustment kinematics in particular solutions with coupling links and rotatable rings, but also gears are known and in use. These solutions are called adjusting diffusers or Nachleitapparat.
  • the rotation is in this case not an altered flow guidance, but it is for the purpose of throttling the flow cross section and is lossysver ⁇ understandable.
  • Fluid machine and a fluid machine in particular a steu ⁇ newable turbine engine, to provide that in the manufacturing Less complicated and a simple control ⁇ he possible.
  • a parallel diffuser for a fluid machine having a housing with a fluid channel extending from an entrance region to an exit region of the parallel diffuser and at least one housing member, the at least one housing member being perpendicular in a direction is movable to the direction of movement of a fluid which flows from the decidedsbe ⁇ rich to the output region of the parallel diffuser and wherein the parallel diffuser at least one
  • Blade element which is arranged in the fluid channel.
  • the blade element or the blade can be a profiled or an unprofiled blade element.
  • a blade element it may be possible to direct or adjust a flow behavior of the fluid, for example a gas, in particular with respect to the Strö ⁇ flow direction.
  • a blade element can thus be understood any element which is suitable to influence the Strömungsverhal ⁇ least in a desired manner.
  • Such a blade element may in particular have the shape of a guide blade, but it may also be provided by means of a be formed element which creates a flow resistance in the fluid channel, so that the flow conditions ⁇ nisse be influenced in the fluid channel.
  • Housing element is movable, can be referred to in particular as Axialrich ⁇ tion, that is, the at least one
  • Housing element may be in an axial direction or axially movable or displaceable.
  • a fluid machine is ge ⁇ create having a parallel diffuser according to an exemplary aspect, an inlet channel, a Druck Sungsbe ⁇ rich and an outlet.
  • the fluid machine may be a turbomachine, wherein ⁇ game as a turbine, an expander or a compressor. Within the pressure change range, an impeller may be arranged.
  • the fluid machine may be a radial fluid machine.
  • the Paralleldiffu ⁇ sor in the case of a turbine or of a compressor in the outlet channel is arranged ⁇ or where a part of the same, whereas it is arranged, in the case of an expander in the intake passage or is a part thereof.
  • a method for controlling a mass flow of a fluid machine is provided with a Pa ⁇ ralleldiffusor, which includes a movable housing element on ⁇ , said method comprising axially moving the movable housing element of the parallel diffuser in Ab ⁇ dependence of a desired mass flow through the Having fluid machine.
  • Housing element which is translationally movable, can allow a simple control or adjustability of a mass flow within a fluid machine to it ⁇ aim.
  • such an axial movability can be compared to a rotational movement of blades, which are arranged in the fluid passage of a parallel diffuser, the ⁇ part before that the movement kinematics and the necessary mechanism for a movement for axial movement is substantially lent simplified.
  • the manufacture and / or arrangement of an axially movable housing element and / or a Schau ⁇ felelements can be simplified compared to the manufacture and / or arrangement of a rotatably movable housing member.
  • the parallel diffuser with axially movable adjusting element may reduce the risk of jamming übli ⁇ chgue used rotary blades
  • a basic idea of a parallel diffuser or a fluid machine with a parallel diffuser can be seen, for example, in that an adjustment principle (unshielded parallel diffuser with variable height) is combined with a fixed blading.
  • an adjustment principle unshielded parallel diffuser with variable height
  • a fixed blading By the fixed blading can be achieved that one (at least for a selected operating point) optimal
  • the required components can be Moegli ⁇ chzel easy to manufacture.
  • the blade element can be produced together with the movable housing element or an optional second housing element, for example by milling, the unscrewed by spark erosion, clearing, etc ..
  • the parallel diffuser further comprises a second housing member.
  • the second housing member may be disposed at least the egg ⁇ NEN housing element with respect to the fluid channel opposite.
  • this can be at least one
  • Housing element form a wall of the fluid channel or be attached to these, whereas the second housing member is a second wall, which is opposite to the first wall.
  • the blade element is arranged on at least one housing element and / or on the second housing element
  • the blade element may be solid, rigid or non ⁇ movably disposed on the housing element or secured to or be formed integrally with it.
  • the blade element may be arranged on the housing element such that no rotation of the blade element with respect to the housing element and / or the fluid channel is possible.
  • the at least one housing element and / or the second housing element has a recess.
  • the recess may be geöff net to the fluid channel.
  • a recess may in particular be arranged such that it can receive a blade element, which is fastened to the opposite housing element, when the two housing elements are moved relative to one another.
  • the Ausspa ⁇ tion corresponds to a shape of the blade element.
  • a gap between the scanned in the recess show felelement and the recess may be formed as example as small as possible that the fluid flow is influenced by the fluid channel only to a small extent.
  • the recess is formed in the at least one housing element.
  • a blade element may be formed on the second housing element.
  • the second housing member may be a rigid immovable
  • the recess is on the second
  • the at least one housing element and / or the second housing element is a housing wall and / or a housing part.
  • housing part may refer to a component which is movable, for example in the axial direction, and which is adapted to vary the fluid channel in its cross section during an axial movement, for example, this housing part may have a recess into which the blade element can be received is.
  • a housing part in the form of a sheet, a block, a Bü ⁇ gel or a ring or ring segment may be formed.
  • the housing part can be rotationally symmetrical, be at ⁇ play, in the form of a rotationally symmetrical ring.
  • a ring or block may for example, be designed such that it is in a state on
  • Housing element or the second housing member is present or fitted in a recess thereof, whereas it is moved away in a second axially moved state of a surface of the housing member.
  • the parallel diffuser has a plurality of vane elements disposed in the fluid channel.
  • the blade elements can be arranged along a circumference of the parallel diffuser.
  • an exemplary embodiment can be seen to provide a radial turbine engine having a parallel diffuser configured to control a mass flow or mass flow through the radial turbine engine.
  • the parallel diffuser at least one blade element and a
  • Flow rate can be controlled or regulated.
  • the exemplary embodiment is based on the prin ⁇ zip of the bladed diffuser (fixed blading) in conjunction with an axially adjustable parallel diffuser.
  • the recesses may be either "pockets" or a displaceable one
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a known radial turbine engine.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of another known radial turbine engine.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a Radialturbi ⁇ nenmaschine according to a first exemplary relationsbei ⁇ game.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a radial turbine nen machine according to a second exemplary embodiment ⁇ example.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a known radial turbine engine.
  • FIG. 1 shows a radial turbine engine 100 which has an inlet channel 101, an impeller 102 and an outlet channel 103.
  • the outlet channel 103 has or is formed by a parallel diffuser 104 in which a plurality of vane elements 105 are formed.
  • the blade elements 105 are formed on a wall 106 or a blade ring of the parallel diffuser and serve for the flow shaping of a
  • the blade elements 105 are formed festste ⁇ basis.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of another known radial turbine engine.
  • Fig. 2 shows ei ⁇ ne radial turbine engine 200 having an inlet channel 201, an impeller 202 and an outlet 203rd
  • the off ⁇ flow channel 203 has a parallel diffuser 204 or formed by this, in which a plurality of paddle elements is formed 205th
  • the vane elements 205 are formed on a wall 206 or a vane ring of the parallel diffuser and likewise serve for the flow shaping of a fluid which is passed through the radial turbine machine.
  • the blade elements 205 are formed or equipped with an adjusting kinematics 212.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a radial turbine engine according to an exemplary embodiment.
  • Fig. 3 shows a radial turbine engine 300 having an inlet channel 301, an impeller 302 and an off-flow channel ⁇ 303rd
  • the outlet channel 303 has or is formed by a parallel diffuser 304 in which a plurality of blade elements 305 are formed.
  • the vane elements 305 are formed on a housing member or wall 306 or vane ring of the parallel vane fender and also serve to flow-shape a fluid passing through the radial turbine engine.
  • the parallel diffuser has a second housing element 307, in which a recess or pocket 308 is etcbil ⁇ det.
  • the housing part 306 is formed so as to be movable or movably with ⁇ together with the attached blade elements 305 in an axial direction, which is indicated in Fig. 3 by a double arrow.
  • Housing element 306 is a stationary or rigid
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a Radialturbi ⁇ nenmaschine according to a second exemplary execution ⁇ example.
  • FIG. 4 is a Radialturbinenma ⁇ machine 400, which has an inlet channel 401, an impeller 402 and an outlet 403rd
  • the exhaust passage 403 has or is formed by a parallel diffuser 404 in which a plurality of blade members 405 are formed.
  • the vane elements 405 are at one
  • Housing member or a wall 406 or a blade ring of the parallel diffuser formed and in turn serve the flow shaping of a fluid which is passed through the radial turbine engine. Furthermore, the parallel diffuser has a second fixed one
  • the parallel diffuser has a ring 411, which has an axially movable
  • Housing element forms.
  • the mobility of the ring 411 is indicated by the double arrow in Fig. 4.
  • a recess or pocket 408 is formed.
  • the ring 411 may be formed on one of the two housing elements. In the embodiment of Fig. 4 are thus both

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Es wird ein Paralleldiffusor (304) für eine Fluidmaschine (300) geschaffen, wobei der Paralleldiffusor ein Gehäuse mit einem Fluidkanal (310), welcher sich von einem Eingangsbereich zu einem Ausgangsbereich des Paralleldiffusors erstreckt, und zumindest einem Gehäuseelement (306) aufweist, wobei das zumindest eine Gehäuseelement in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung eines Fluid, welches vom Eingangsbereich zum Ausgangsbereich des Paralleldiffusors (304) strömt, bewegbar ist und wobei der Paralleldiffusor zumindest ein Schaufelelement (305) aufweist, welches im Fluidkanal (310) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Paralleldiffusor für eine Fluidmaschine Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Paralleldiffusor für eine Fluidmaschine, eine Fluidmaschine, insbesondere eine steuerbare Turbinenmaschine, beispielsweise eine Turbine, einen Expander oder einen Verdichter, und ein Verfahren zum Steuern eines Massestromes einer Fluidmaschine.
Stand der Technik Radialverdichter weisen üblicherweise einen Einlasskanal, durch welchen das Fluid einströmt, ein Laufrad, welches dazu dient das Fluid anzutreiben bzw. zu verdichten, und einen Auslasskanal auf, durch welchen das verdichtete Fluid den Ra¬ dialverdichter wieder verlässt. Bei Radialverdichtern befin- det sich im Auslasskanal, d.h. in Strömungsrichtung hinter dem Laufrad, welcher häufig mittels eines einfachen
parallelwandigen Strömungskanals gebildet wird, ein sogenann¬ ter Paralleldiffusor . Er dient dazu, die Strömung hinter dem Laufrad zu verzögern und damit Druck aufzubauen, indem eine Umwandlung von kinetischer in potentielle Energie erfolgt, bevor diese in einem Ringkanal (Spirale) weiter verzögert und gleichgerichtet wird. In einigen Fällen sind in diesen parallelwandigen Strömungskanal feststehende, üblicherweise profilierte Schaufeln eingebaut, die dazu dienen, die Kennli- nien von Turboverdichtern zu verändern ("aufzustellen"). Man spricht in diesen Fällen häufig von einem beschaufelten Dif- fusor .
Diese Schaufeln sind in der Regel ein Bauteil gemeinsam mit einer Diffusorwand und drücken mit ihrem stumpfen Ende gegen die gegenüberliegende Diffusorwand. Die strömungstechnisch nachteiligen Spalte, welche zu so genannten Spaltverlusten führen, zwischen Schaufel und Gehäuse, genauer der Diffusorwand, können auf diese Art minimiert werden (tech¬ nisch Null) .
Im Stand der Technik sind ebenfalls Radialverdichter bekannt, in denen diese Schaufeln zum Zweck der Steuerung bzw. Regelung des Verdichters rotatorisch verstellbar oder drehbar sind .
Die Schaufeln besitzen dazu eine außerhalb des Strömungska- nals gelagerte Welle, die wiederum in geeigneter Form mit ei¬ ner außenliegenden Verstellkinematik bzw. Verstellmechanismus verbunden ist. Diese dient dazu, alle Diffusorschaufein synchron zu verstellen. Bei der Verstellkinematik sind insbesondere Lösungen mit Koppelgliedern und drehbaren Ringen, aber auch Verzahnungen bekannt und im Einsatz. Man nennt diese Lösungen Verstelldiffusor oder Nachleitapparat.
Die Drehbarkeit dient in diesem Fall nicht einer geänderten Strömungsführung, sondern sie dient ausschließlich dem Zweck der Drosselung des Strömungsquerschnitts und ist selbstver¬ ständlich verlustbehaftet.
Die geschilderten Verstellkinematiken sind allesamt aufwändig und teuer in der Fertigung. Sie bestehen in der Regel aus vielen Einzelteilen und müssen darüber hinaus teilweise aufwändig justiert werden. Ferner müssen die Drehschaufeln im Paralleldiffusor zwingend einen Spalt aufweisen, um überhaupt bei allen Betriebszuständen
zwangsfrei gelagert und damit drehbar zu sein. Diese Spalte führen aber, wie oben bereits dargestellt, zu Strömungsverlusten .
Zusammenfassung der Erfindung Somit gibt es ein Bedürfnis einen Paralleldiffusor für eine
Fluidmaschine und eine Fluidmaschine, insbesondere eine steu¬ erbare Turbinenmaschine, zu schaffen, welche in der Herstel- lung weniger aufwändig sind und eine einfache Steuerung er¬ möglichen .
Dieses Bedürfnis wird durch einen Paralleldiffusor, eine Fluidmaschine und ein Verfahren zum Steuern der Fluidmaschine gemäß den unabhängigen Patentansprüchen erfüllt. Vorteilhafte Ausführungsformen, weitere Merkmale und Details der vorlie¬ genden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Paralleldiffusors , der Fluidmaschine und dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch wechselseitig für die anderen Gegenstände, so dass bezüglich der Offenbarung dieser Erfindung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann.
Gemäß einem exemplarischen Aspekt wird ein Paralleldiffusor für eine Fluidmaschine geschaffen, wobei der Paralleldiffusor ein Gehäuse mit einem Fluidkanal, welcher sich von einem Ein- gangsbereich zu einem Ausgangsbereich des Paralleldiffusors erstreckt, und zumindest einem Gehäuseelement aufweist, wobei das zumindest eine Gehäuseelement in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung eines Fluid, welches vom Eingangsbe¬ reich zum Ausgangsbereich des Paralleldiffusors strömt, be- wegbar ist und wobei der Paralleldiffusor zumindest ein
Schaufelelement aufweist, welches im Fluidkanal angeordnet ist .
Insbesondere kann das Schaufelelement oder die Schaufel ein profiliertes oder ein unprofiliertes Schaufelelement sein. Mittels eines Schaufelelements kann es möglich sein, ein Strömungsverhaltens des Fluid, beispielsweise eines Gases, zu leiten oder einzustellen, insbesondere im Bezug auf die Strö¬ mungsrichtung. Als Schaufelelement kann somit jedes Element verstanden werden, welches geeignet ist, das Strömungsverhal¬ tens in eine gewünschte Art und Weise zu beeinflussen. Ein solches Schaufelelement kann insbesondere die Form einer Leitschaufel aufweisen, jedoch kann es auch mittels eines be- liebigen Elements gebildet werden, welches einen Strömungswiderstand im Fluidkanal erzeugt, so dass die Strömungsverhält¬ nisse im Fluidkanal beeinflusst werden. Die Bewegungsrichtung, in welche das zumindest eine
Gehäuseelement bewegbar ist, kann insbesondere als Axialrich¬ tung bezeichnet werden, d.h. das zumindest eine
Gehäuseelement kann in einer Axialrichtung oder axial bewegbar oder verschiebbar sein.
Gemäß einem exemplarischen Aspekt wird eine Fluidmaschine ge¬ schaffen, welche einen Paralleldiffusor gemäß einem exemplarischen Aspekt, einen Einlasskanal, einen Druckänderungsbe¬ reich und einen Auslasskanal aufweist.
Insbesondere kann die Fluidmaschine eine Turbomaschine, bei¬ spielsweise eine Turbine, ein Expander oder ein Verdichter sein. Innerhalb des Druckänderungsbereichs kann ein Laufrad angeordnet sein. Beispielsweise kann die Fluidmaschine eine Radialfluidmaschine sein. Insbesondere ist der Paralleldiffu¬ sor im Falle einer Turbine oder eines Verdichters im Auslass¬ kanal angeordnet oder stellt ein Teil desselben dar, während er im Falle eines Expanders im Einlasskanal angeordnet ist oder ein Teil desselben darstellt.
Gemäß einem exemplarischen Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern eines Massestromes einer Fluidmaschine mit einem Pa¬ ralleldiffusor, welcher ein bewegbares Gehäuseelement auf¬ weist, geschaffen, wobei das Verfahren ein axiales Bewegen des bewegbaren Gehäuseelements des Paralleldiffusors in Ab¬ hängigkeit eines Soll-Massestromes durch die Fluidmaschine aufweist .
Das Bereitstellen eines Paralleldiffusors , welcher ein
Gehäuseelement aufweist, welches translatorisch bewegbar ist, kann ermöglichen, eine einfache Steuerung oder Verstellbarkeit eines Massenstromes innerhalb einer Fluidmaschine zu er¬ zielen. Insbesondere kann eine solche axiale Bewegbarkeit ge- genüber einer rotatorischen Bewegung von Schaufeln, welche im Fluidkanal eines Paralleldiffusors angeordnet sind, den Vor¬ teil haben, dass die Bewegungskinematik und die für eine Bewegung notwendige Mechanik für eine axiale Bewegung wesent- lieh vereinfacht ist. Auch das Herstellen und/oder Anordnen eines axial beweglichen Gehäuseelements und/oder eines Schau¬ felelements kann gegenüber dem Herstellen und/oder Anordnen eines rotatorisch bewegbaren Gehäuseelements vereinfacht sein. Insbesondere für Kältemaschinen, wie Kälteexpandern, kann der Paralleldiffusor mit axial beweglichem Verstellelement möglicherweise die Gefahr eines Verklemmens der übli¬ cherweise eingesetzten Drehschaufeln vermindern
Zusammenfassend kann eine Grundidee eines Paralleldiffusors bzw. einer Fluidmaschine mit einem Paralleldiffusor beispielsweise darin gesehen werden, dass ein Verstellprinzip (unbeschaufelter Paralleldiffusor mit variabler Höhe) mit einer feststehenden Beschaufelung kombiniert wird. Durch die feststehende Beschaufelung kann erreicht werden, dass eine (zumindest für einen ausgewählten Betriebspunkt) optimale
Beschaufelung mittels eines Schaufelelements und damit Strö¬ mungsführung mit einer praktisch verlustfreien, zumindest jedoch verlustarmen Regelbarkeit über eine axiale Beweglichkeit eines Gehäuseelements einhergeht.
Hierdurch kann es beispielsweise möglich sein, dass eine Verstellkinematik der Fluidmaschine bzw. des Paralleldiffu- sors äußerst einfach ist, da lediglich ein Gehäuseteil axial zu verschieben ist. Dabei kann je nach den vorliegenden Gege- benheiten entweder das bewegbare oder ein optionales weiteres Gehäuseelement beschaufelt oder unbeschaufelt ausgebildet sein. Hierzu sind verschiedene, allesamt einfache kinemati¬ schen Prinzipien vorstellbar. Ferner kann die Anzahl - insbesondere der beweglichen - Bauteile oder Elemente beträchtlich verringert werden. Lagerstellen, Gehäusedurchführungen, Abdichtungen etc. können möglicherweise praktisch vollständig entfallen. Ferner kann das Problem eines axialen Klemmens von Drehschaufeln, wie sie im Stand der Technik verwendet werden, eliminiert werden, da die Steuerung nicht durch eine Drehung oder Rotation des Schaufelelements durchgeführt wird, sondern mittels einer axialen Bewegung des Gehäuseelements. Spaltverluste mögen nicht exis¬ tieren bzw. minimiert werden, da der geringe Spalt zwischen Schaufelprofil und optionalen Gegenstück strömungstechnisch nicht relevant ist. Je nach konstruktiver Ausführung befindet sich hinter dem optionalen Gegenstück ein "Totwassergebiet".
Temperaturänderungen der Fluidmaschine, beispielsweise einer Turbomaschine, abhängig vom Betriebspunkt haben praktisch vernachlässigbare Spaltänderungen zwischen feststehendem Schaufelelement und Gegenseite zur Folge, da nur radiale Spalte vorhanden sind. Die benötigten Bauteile können mögli¬ cherweise einfach zu fertigen sein. Beispielsweise kann das Schaufelelement zusammen mit dem beweglichen Gehäuseelement oder einem optionalen zweiten Gehäuseelement, z.B. durch Fräsen, das unbeschaufelte durch funkenerodieren, räumen etc, hergestellt werden.
Nachfolgend werden exemplarische Ausführungsbeispiele des Pa- ralleldiffusors beschrieben. Jedoch gelten die entsprechenden Ausgestaltungen und Merkmale auch für die Fluidmaschine und das Verfahren zum Steuern eines Massestromes einer Fluidma¬ schine .
Gemäß einem anderen beispielhaften Ausführungsbeispiel weist der Paralleldiffusor ferner ein zweites Gehäuseelement auf.
Insbesondere kann das zweite Gehäuseelement dem zumindest ei¬ nen Gehäuseelement bezüglich des Fluidkanals gegenüberliegend angeordnet sein. Beispielsweise kann das zumindest eine
Gehäuseelement eine Wand des Fluidkanals bilden oder an die- ser befestigt sein, wohingegen das zweite Gehäuseelement eine zweite Wand ist, die der ersten Wand gegenüberliegt. Gemäß einem anderen beispielhaften Ausführungsbeispiel des Paralleldiffusors ist das Schaufelelement am zumindest einem Gehäuseelement und/oder am zweiten Gehäuseelement angeordnet
Insbesondere kann das Schaufelelement fest, starr oder unbe¬ weglich an dem Gehäuseelement angeordnet oder befestigt sein oder integral mit ihm ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Schaufelelement derart an dem Gehäuseelement angeordnet sein, dass keine Rotation des Schaufelelements bezüglich des Gehäuseelements und/oder des Fluidkanals möglich ist.
Gemäß einem anderen beispielhaften Ausführungsbeispiel des Paralleldiffusors weist das zumindest eine Gehäuseelement und/oder das zweite Gehäuseelement eine Aussparung auf.
Insbesondere kann die Aussparung zu dem Fluidkanal hin geöff net sein. Eine solche Aussparung kann insbesondere derart eingerichtet sein, dass sie ein Schaufelelement aufnehmen kann, welches an dem gegenüberliegenden Gehäuseelement befes tigt ist, wenn die beiden Gehäuseelemente relativ zueinander bewegt werden. Vorteilhafterweise korrespondiert die Ausspa¬ rung zu einer Form des Schaufelelements. Insbesondere kann ein Spalt zwischen dem in der Aussparung aufgenommenen Schau felelement und der Aussparung so ausgebildet sein, beispiels weise möglichst klein, dass die Fluidströmung durch den Fluidkanal nur im geringen Maße beeinflusst wird.
Gemäß einem anderen beispielhaften Ausführungsbeispiel des Paralleldiffusors ist die Aussparung in dem zumindest einem Gehäuseelement ausgebildet.
Im Falle dass die Aussparung am zumindest einem
Gehäuseelement ausgebildet ist, kann ein Schaufelelement am zweiten Gehäuseelement ausgebildet sein. In diesem Fall kann das zweite Gehäuseelement ein starres unbewegliches
Gehäuseelement sein. Gemäß einem anderen beispielhaften Ausführungsbeispiel des Paralleldiffusors ist die Aussparung am zweiten
Gehäuseelement ausgebildet. Im Falle dass die Aussparung am zweiten Gehäuseelement ausge¬ bildet ist, kann ein Schaufelelement am zumindest einem
Gehäuseelement ausgebildet sein.
Gemäß einem anderen beispielhaften Ausführungsbeispiel des Paralleldiffusors ist das zumindest eine Gehäuseelement und/oder das zweite Gehäuseelement eine Gehäusewand und/oder ein Gehäuseteil.
Insbesondere kann der Begriff „Gehäuseteil" ein Bauteil be- zeichnet, welches, z.B. in Axialrichtung, beweglich ist und welches dazu eingerichtet ist bei einer Axialbewegung den Fluidkanal in seinem Querschnitt zu variieren. Beispielsweise kann dieses Gehäuseteil eine Aussparung aufweisen, in welche das Schaufelelement aufnehmbar ist. Beispielsweise kann ein Gehäuseteil in Form eines Bleches, eines Blockes, eines Bü¬ gels oder eines Ringes oder Ringsegments ausgebildet sein. Insbesondere kann das Gehäuseteil rotationssymmetrisch, bei¬ spielsweise in Form eines rotationssymmetrischen Ringes, ausgebildet sein. Ein solcher Ring oder Block kann zum Beispiel derart ausgebildet sein, dass er in einem Zustand am
Gehäuseelement oder dem zweiten Gehäuseelement anliegt oder in einer Aussparung desselben eingepasst ist, wohingegen es in einem zweiten axial bewegten Zustand von einer Oberfläche des Gehäuseelement wegbewegt ist.
Gemäß einem anderen beispielhaften Ausführungsbeispiel weist der Paralleldiffusor eine Mehrzahl von Schaufelelementen auf, welche im Fluidkanal angeordnet sind. Insbesondere können die Schaufelelemente entlang eines Umfan- ges des Paralleldiffusors angeordnet sein. Zusammenfassend kann ein exemplarisches Ausführungsbeispiel darin gesehen werden, dass eine Radialturbinenmaschine geschaffen wird, welche einen Paralleldiffusor aufweist, der dazu eingerichtet ist einen Massestrom oder Massedurchfluss durch die Radialturbinenmaschine zu steuern. Hierzu weist der Paralleldiffusor zumindest ein Schaufelelement und ein
Gehäuseelement auf, welches in einer axialen Richtung
translatorisch bewegbar ist, so dass ein Fluidkanal durch den Paralleldiffusor, insbesondere hinsichtlich der
Durchflussmenge, gesteuert oder geregelt werden kann.
Somit liegt dem exemplarischen Ausführungsbeispiel das Prin¬ zip des beschaufelten Diffusors (feststehende Beschaufelung) in Verbindung mit einem axial verstellbaren Paralleldiffusor zu Grunde. Die mit einem oder mehreren Gehäuseelemente, bei¬ spielsweise einer Diffusorwandung oder Diffusorwand, fest verbundenen profilierten Schaufelelemente tauchen dazu in Aussparungen mit gleichem (Negativ- ) Profil in der gegenüberliegenden Gehäusewand ein. Bei den Aussparungen kann es sich entweder um "Taschen" oder um eine verschiebbar angeordnete
Gegenseite mit entsprechend gestalteten Aussparungen handeln. Diese Aussparungen umschließen die feststehenden Schaufelelemente oder Schaufeln. Dahinter befindet sich ein "Totraum". Es ist dabei unerheblich, welche der beiden Gehäuseelemente oder Gehäusewände beweglich ausgestaltet ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände be¬ schrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine be¬ liebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch an- zusehen.
Kurzbeschreibung der Figuren
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bekannten Radialturbinenmaschine .
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren bekannten Radialturbinenmaschine. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Radialturbi¬ nenmaschine gemäß einem ersten exemplarischen Ausführungsbei¬ spiel .
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Radialturbi- nenmaschine gemäß einem zweiten exemplarischen Ausführungs¬ beispiel .
Ausführliche Beschreibung Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit anderen Bezugszeichen versehen sind, welche sich lediglich in ihrer ersten Ziffer von dem Bezugszeichen eines (funktional) entsprechenden Merkmals oder einer (funktional) entsprechenden Komponente unterscheiden. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden teilweise bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform er- läuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend be¬ schriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Aus- führungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind .
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bekannten Radialturbinenmaschine . Insbesondere zeigt Fig. 1 eine Radi- alturbinenmaschine 100, welche einen Einlasskanal 101, ein Laufrad 102 und einen Auslasskanal 103 aufweist. Der Auslass- kanal 103 weist einen Paralleldiffusor 104 auf oder wird durch diesen gebildet, in welchem eine Mehrzahl von Schaufelelementen 105 ausgebildet ist. Die Schaufelelemente 105 sind an einer Wand 106 bzw. einem Schaufelkranz des Paralleldiffu- sors ausgebildet und dienen der Strömungsformung eines
Fluids, das durch die Radialturbinenmaschine geleitet wird.
Im Beispiel der Fig. 1 sind die Schaufelelemente 105 festste¬ hend ausgebildet.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren be- kannten Radialturbinenmaschine. Insbesondere zeigt Fig. 2 ei¬ ne Radialturbinenmaschine 200, welche einen Einlasskanal 201, ein Laufrad 202 und einen Auslasskanal 203 aufweist. Der Aus¬ lasskanal 203 weist einen Paralleldiffusor 204 auf oder wird durch diesen gebildet, in welchem eine Mehrzahl von Schaufel- elementen 205 ausgebildet ist. Die Schaufelelemente 205 sind an einer Wand 206 bzw. einem Schaufelkranz des Paralleldiffu- sors ausgebildet und dienen ebenfalls der Strömungsformung eines Fluids, das durch die Radialturbinenmaschine geleitet wird. Im Beispiel der Fig. 2 sind die Schaufelelemente 205 mit einer Verstellkinematik 212 ausgebildet bzw. ausgestattet. Durch die Verstellkinematik 212 sind die Schaufelelemente drehbar ausgebildet, um eine Regelung des Massestromes, der durch die Radialturbinenmaschine strömt, zu erzielen. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Radialturbi- nenmaschine gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel. Insbesondere zeigt Fig. 3 eine Radialturbinenmaschine 300, welche einen Einlasskanal 301, ein Laufrad 302 und einen Aus¬ lasskanal 303 aufweist. Der Auslasskanal 303 weist einen Pa- ralleldiffusor 304 auf oder wird durch diesen gebildet, in welchem eine Mehrzahl von Schaufelelementen 305 ausgebildet ist. Die Schaufelelemente 305 sind an einem Gehäuseelement bzw. einer Wand 306 oder einem Schaufelkranz des Paralleldif- fusors ausgebildet und dienen ebenfalls der Strömungsformung eines Fluids, das durch die Radialturbinenmaschine geleitet wird . Ferner weist der Paralleldiffusor ein zweites Gehäuseelement 307 auf, in welchem eine Ausnehmung oder Tasche 308 ausgebil¬ det ist. Das Gehäuseteil 306 ist so ausgebildet, dass es mit¬ samt den daran befestigten Schaufelelementen 305 in einer Axialrichtung bewegbar oder beweglich ist, was in Fig. 3 mit einem Doppelpfeil angedeutet ist. Neben dem beweglichen
Gehäuseelement 306 ist ein unbewegliches bzw. starres
Gehäuseelement 309 ausgebildet, welches einen Teil eines Fluidkanals 310 des Paralleldiffusors bildet. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Radialturbi¬ nenmaschine gemäß einem zweiten exemplarischen Ausführungs¬ beispiel. Insbesondere zeigt Fig. 4 eine Radialturbinenma¬ schine 400, welche einen Einlasskanal 401, ein Laufrad 402 und einen Auslasskanal 403 aufweist. Der Auslasskanal 403 weist einen Paralleldiffusor 404 auf oder wird durch diesen gebildet, in welchem eine Mehrzahl von Schaufelelementen 405 ausgebildet ist. Die Schaufelelemente 405 sind an einem
Gehäuseelement bzw. einer Wand 406 oder einem Schaufelkranz des Paralleldiffusors ausgebildet und dienen wiederum der Strömungsformung eines Fluids, das durch die Radialturbinenmaschine geleitet wird. Ferner weist der Paralleldiffusor ein zweites festes
Gehäuseelement 407 auf. Weiterhin weist der Paralleldiffusor einen Ring 411 auf, welcher ein axial bewegbares
Gehäuseelement bildet. Die Verfahrbarkeit des Ringes 411 ist mittels des Doppelpfeils in Fig. 4 angedeutet. In dem Ring ist eine Ausnehmung oder Tasche 408 ausgebildet. Der Ring 411 kann an einem der zwei Gehäuseelemente ausgebildet sein. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind somit beide
Gehäusewände fest ausgebildet. Zwischen den beiden
Gehäusewänden 406 und 407 sind die Schaufelelemente fest oder starr befestigt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wird die Steuerung des Massestromes somit durch das Bewegen bzw. Verfahren des Ringes erzielt. Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf diese Anwendungs¬ fälle und die weiter oben erwähnten Systemkonfigurationen beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. Ferner sollte darauf hingewiesen werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als beschränkend aufzufassen sind und dass die Begriffe "aufweisen" bzw. "aufweisend" und ähnliche Be¬ griffe nicht das Vorhandensein von weiteren Elementen oder Schritten ausschließt. Auch schließt ein Aufzählen als mehre¬ re Mittel oder Elemente nicht aus, dass diese Mittel oder Elemente als ein einziges Mittel oder Element ausgebildet werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Paralleldiffusor (304, 404) für eine Fluidmaschine (300, 400), wobei der Paralleldiffusor aufweist:
ein Gehäuse mit einem Fluidkanal (310, 410), welcher sich von einem Eingangsbereich zu einem Ausgangsbereich des Paralleldiffusors (304, 404) erstreckt, und zumindest einem Gehäuseelement (306, 411),
wobei das zumindest eine Gehäuseelement (306, 411) in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung eines
Fluid, welches vom Eingangsbereich zum Ausgangsbereich des Paralleldiffusors (304, 404) strömt, bewegbar ist;
wobei der Paralleldiffusor (304, 404) zumindest ein Schaufelelement (305, 405) aufweist, welches im Fluidkanal (310, 410) angeordnet ist; und
ein zweites Gehäuseelement (307, 407),
wobei das Schaufelelement (305, 405) am zumindest einem Gehäuseelement angeordnet ist,
wobei das zweite Gehäuseelement (307) eine Aussparung (308, 408) aufweist, und
wobei die Aussparung (308, 408) derart eingerichtet ist, dass sie das Schaufelelement aufnehmen kann.
2. Paralleldiffusor (304, 404) gemäß Anspruch 1, wobei das zumindest eine Gehäuseelement eine Aussparung (308, 408) auf¬ weist.
3. Paralleldiffusor (304, 404) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das zumindest eine Gehäuseelement (306, 411) und/oder das zweite Gehäuseelement (307, 407) eine
Gehäusewand und/oder ein Gehäuseteil.
4. Paralleldiffusor (304, 404) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Paralleldiffusor (304, 404) eine Mehrzahl von Schaufelelementen (305, 405) aufweist, welche im Fluidka¬ nal (310, 410) angeordnet sind.
5. Fluidmaschine (300, 400), welche aufweist: einen Paralleldiffusor (304, 404) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 ;
einen Einlasskanal (301, 401);
einen Druckänderungsbereich; und
einen Auslasskanal (303, 403) .
6. Verfahren zum Steuern eines Massestromes einer Fluidma- schine (300, 400) mit einem Paralleldiffusors (304, 404) ge¬ mäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren auf- weist:
axiales Bewegen des bewegbaren Gehäuseelements (306, 411) des Paralleldiffusors (304, 404) in Abhängigkeit eines Soll-Massestromes durch die Fluidmaschine (300, 400).
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, welches ferner ein Bestimmen eines Massestromes durch die Fluidmaschine aufweist.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, welches ferner ein Steuern der axialen Bewegung des Gehäuseteils basierend auf dem be¬ stimmten Massestrom aufweist.
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