DE102014218581A1

DE102014218581A1 - Housing of a radial turbofan energy machine, radial turbofan energy machine

Info

Publication number: DE102014218581A1
Application number: DE102014218581.5A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Huth; Erich Muranyi; Andreas Sonnenschein
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2016-03-17
Also published as: WO2016041800A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse (CAS) einer Radialturbofluidenergiemaschine (RFM) mit einem Gehäusemantel (CCV), gebildet von einer rohrförmigen Wandung (W), der sich entlang einer Achse (X) erstreckt und dessen mindestens eine erste axiale Stirnseite (CVS1) eine erste Öffnung (HPO) aufweist,
wobei die erste Öffnung (HPO) mittels eines ersten Deckels (HPC) verschließbar ausgebildet ist,
wobei der erste Deckel (HPC) mittels Befestigungselementen (FX) dichtend an dem Gehäusemantel (CCV) anbringbar ist.
Um den Einsatzbereich der Maschine zu vergrößern wird vorgeschlagen, dass der Gehäusemantel (CCV) seitens der ersten axialen Stirnseite (CVS1) mit einer gegenüber dem übrigen Gehäusemantel (CCV) verdickten Wandstärke der Wandung (W) ausgebildet ist und die Wandung (W) stirnseitig mit sich axial in der Wandung (W) erstreckenden Sacklöchern (BH) versehen ist, in welchen die Befestigungselemente (FX) befestigbar sind. The invention relates to a housing (CAS) of a radial turbofluid energy machine (RFM) with a housing jacket (CCV) formed by a tubular wall (W) extending along an axis (X) and at least a first axial end face (CVS1) of a first Opening (HPO),
wherein the first opening (HPO) is closable by means of a first lid (HPC),
wherein the first cover (HPC) by means of fastening elements (FX) sealingly attached to the housing shell (CCV) can be attached.
In order to increase the range of application of the machine, it is proposed that the housing jacket (CCV) is formed on the side of the first axial end side (CVS1) with a wall thickness (W) which is thickened relative to the rest of the housing jacket (CCV) and the wall (W) is provided on the front side is provided axially in the wall (W) extending blind holes (BH), in which the fastening elements (FX) can be fastened.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse einer Radialturbofluidenergiemaschine mit einem Gehäusemantel, gebildet von einer rohrförmigen Wandung, der sich entlang einer Achse erstreckt und dessen mindestens eine erste axiale Stirnseite eine erste Öffnung aufweist, wobei die erste Öffnung mittels eines ersten Deckels verschließbar ausgebildet ist, wobei der erste Deckel mittels Befestigungselementen dichtend an dem Gehäusemantel anbringbar ist. Daneben betrifft die Erfindung eine Radialturbofluidenergiemaschine, insbesondere einen Radialturboverdichter umfassend das eingangs definierte Gehäuse. The invention relates to a housing of a radial turbofan energy machine with a housing jacket, formed by a tubular wall which extends along an axis and whose at least one first axial end side has a first opening, wherein the first opening is closable by means of a first lid, wherein the first Cover by means of fastening elements sealingly attachable to the housing shell. In addition, the invention relates to a radial turbofan energy machine, in particular a radial turbocompressor comprising the initially defined housing.

Ein Gehäuse und eine Radialturbofluidenergiemaschine der eingangs genannten Art sind bereits aus der EP 2 045 472 A1 bekannt. Insbesondere in der dortigen 6 ist ersichtlich, dass das Gehäuse rein zylindrisch ausgebildet ist und einen im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser aufweist. Das in Umfangsrichtung ungeteilt ausgebildete Gehäuse weist einen Gehäusemantel auf und ist axial stirnseitig auf beiden Seiten jeweils mit einem Deckel verschlossen. Der im Wesentlichen tangential aus dem Gehäuse herausgeführte Hochdruckstutzen weist einen gleichen oder geringeren Durchmesser auf als der Eintrittsstutzen in Folge der Verdichtung des Prozessfluids in dem Radialturboverdichter. A housing and a radial turbofan energy machine of the type mentioned are already out of the EP 2 045 472 A1 known. Especially in the local 6 it can be seen that the housing is purely cylindrical and has a substantially constant outer diameter. The housing, which is undivided in the circumferential direction, has a housing jacket and is closed axially on both sides, in each case with a cover. The substantially tangentially led out of the housing high-pressure nozzle has a same or smaller diameter than the inlet nozzle as a result of the compression of the process fluid in the radial turbocompressor.

Bevor ein derartiges Gehäuse beziehungsweise eine derartige Radialturbofluidenergiemaschine in Betrieb genommen wird, ist bei einer hydrostatischen Druckprobe unter einem gegenüber den Betriebsbedingungen erhöhten Innendruck zu prüfen, ob das Gehäuse der voraussichtlichen Druckbelastung mit Sicherheit stand hält. Die sich hierbei ergebenden Beanspruchungen des Gehäusemantels sind in der Regel im Bereich zwischen der Öffnung des Mantels zur Herausführung des Druckstutzens und der angrenzenden Stirnseite, an der der stirnseitige Deckel anbringbar ist, am höchsten. Before such a housing or such a radial turbofluid energy machine is put into operation, it must be checked in a hydrostatic pressure test under an increased compared to the operating conditions internal pressure, whether the housing withstood the expected pressure load with certainty. The resulting stresses of the housing shell are usually in the range between the opening of the jacket to lead out of the pressure nozzle and the adjacent end face to which the frontal lid can be attached, the highest.

Der Gehäusemantel ist an der höchstbelasteten Stelle sowohl durch die Öffnung für den Druckstutzen als auch durch die Befestigung des Deckels mittels Schrauben, die in Sacklöcher der Wandung des Gehäusemantels stirnseitig eingeschraubt sind, geschwächt. Es hat sich gezeigt, dass die Spannungskonzentrationen überraschend auch die theoretisch ermittelten Spannungen überschreiten können und es somit zu plastischen Verformungen des Gehäusemantels kommen kann, so dass im Rahmen der Druckprobe Funktionsflächen, Dichtflächen und Passungen beschädigt werden. Auf diese Weise kann es zu Undichtigkeiten und anderen Beeinträchtigungen der Funktion des Verdichters kommen. The housing shell is at the highest loaded point both through the opening for the discharge nozzle as well as through the attachment of the lid by means of screws, which are screwed into the blind holes in the wall of the housing shell frontally, weakened. It has been found that the stress concentrations can surprisingly also exceed the theoretically determined stresses and thus plastic deformation of the housing shell can occur so that functional surfaces, sealing surfaces and fits are damaged during the pressure test. This can lead to leaks and other adverse effects on the function of the compressor.

Ausgehend von den beschriebenen Problemen des Standes der Technik hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, ein Gehäuse zu entwickeln, das diese Probleme nicht mehr aufweist. Based on the described problems of the prior art, the invention has taken on the task of developing a housing that no longer has these problems.

Diese Aufgabe wird durch ein Gehäuse der eingangs definierten Art mit den zusätzlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Nach der Erfindung wird der Gehäusemantel statt mit einer einheitlichen Wandstärke mit unterschiedlichen Wandstärken gefertigt, wobei die Wandstärke auf der Seite mit der ersten Öffnung größer ist, als auf der anderen axialen Seite. Bevorzugt ist die Seite mit der ersten Öffnung eine Hochdruckseite der Radialturbofluidenergiemaschine, für die das Gehäuse gedacht ist. Auf diese Weise wird nach der Erfindung gezielt der hoch beanspruchte Bereich radial verstärkt. This object is achieved by a housing of the type defined above with the additional features of independent claim 1. According to the invention, the housing shell is manufactured instead of a uniform wall thickness with different wall thicknesses, wherein the wall thickness is greater on the side with the first opening than on the other axial side. Preferably, the first opening side is a high pressure side of the radial turbofan energy machine for which the housing is intended. In this way, according to the invention, the highly stressed area is radially reinforced in a targeted manner.

Grundsätzlich ist es denkbar, dass die erfindungsgemäße Radialturbofluidenergiemaschine beziehungsweise das dafür vorgesehene Gehäuse nach der Erfindung als Expander beziehungsweise für einen Expander ausgebildet ist. In diesem Fall sind die entsprechenden Strömungsrichtungen gedanklich umzukehren und die Begrifflichkeiten wären ebenfalls gedanklich anzupassen. In principle, it is conceivable that the radial turbofluid energy machine according to the invention or the housing provided for this purpose is designed according to the invention as an expander or for an expander. In this case, the corresponding flow directions should be reversed mentally and the terminology would also have to be adapted mentally.

In der Terminologie der Erfindung bedeuten Begriffe wie radial, tangential oder Umfangsrichtung stets eine Bezugnahme auf die Achse des Gehäusemantels. In der Regel entspricht die Achse dieses Gehäusemantels einer Rotationsachse eines Rotors der Radialturbofluidenergiemaschine. Diese Rotationsachse ist in den meisten Fällen im Betrieb horizontal ausgerichtet. In the terminology of the invention, terms such as radial, tangential or circumferential direction always refer to the axis of the housing shell. In general, the axis of this housing shell corresponds to a rotational axis of a rotor of the radial turbofan energy machine. This axis of rotation is in most cases aligned horizontally during operation.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich die axial in der Wandung erstreckenden Sacklöcher auf der ersten Stirnseite des Gehäusemantels in Umfangsrichtung gegenüber der Achse konzentrisch auf einem ersten Durchmesser verteilen, wobei dieser erste Durchmesser größer ist als der mittlere Durchmesser der Wandung in dem Bereich, in dem die Wandstärke nicht verdickt ist. Auf diese Weise werden die Innenfasern am Sitzdurchmesser des Deckels an dem Gehäuse entlastet. An advantageous development of the invention provides that the axially extending in the wall blind holes on the first face of the housing shell in the circumferential direction with respect to the axis concentrically distributed on a first diameter, said first diameter is greater than the average diameter of the wall in the area in which the wall thickness is not thickened. In this way, the inner fibers are relieved at the seat diameter of the lid to the housing.

Ein entscheidender Vorteil der Erfindung liegt darin, dass ein kürzeres und kompakteres Gehäuse bei gleicher Druckbelastung durch Innendruck möglich ist. Auf diese Weise können bei der Radialturbofluidenergiemaschine nach der Erfindung kleinere Lagerabstände und eine stabilere Rotordynamik erzielt werden. Gleichzeitig findet eine Materialeinsparung mittels der Erfindung statt und neben den reduzierten Materialkosten werden der Transport und die Montage durch ein geringeres Gewicht der Maschine begünstigt. A decisive advantage of the invention is that a shorter and more compact housing with the same pressure load by internal pressure is possible. In this way, in the radial turbofluid energy machine according to the invention, smaller storage distances and a more stable rotor dynamics can be achieved. At the same time a material saving by means of the invention takes place and in addition to the reduced material costs of transport and assembly are favored by a lower weight of the machine.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Gehäusemantel im axialen Bereich der verdickten Wandstärke eine erste Öffnung aufweist, die in einen ersten Druckstutzen mündet. Das Einmünden in den ersten Druckstutzen kann radial oder besonders bevorzugt tangential erfolgen, damit die Strömung möglichst verlustfrei aus dem angrenzenden Gehäuse in den ersten Druckstutzen geführt werden kann. Der erste Druckstutzen ist besonders bevorzugt derjenige von mindestens zwei Druckstutzen, der den höheren Druck im Betrieb der Radialturbofluidenergiemaschine ertragen muss. Dementsprechend ist es zweckmäßig in diesen Fällen, den ersten Druckstutzen auch als Hochdruckstutzen zu bezeichnen. Another advantageous development of the invention provides that the housing shell in the axial region of the thickened wall thickness has a first opening which opens into a first discharge nozzle. The opening into the first discharge nozzle can be radial or particularly preferably tangential, so that the flow can be conducted as lossless as possible from the adjacent housing in the first discharge nozzle. The first discharge nozzle is particularly preferably that of at least two discharge nozzles, which has to endure the higher pressure during operation of the radial turbofluid energy machine. Accordingly, it is expedient in these cases to designate the first discharge nozzle as a high-pressure nozzle.

Außerhalb des axialen Bereichs der verdickten Wandstärke ist es bevorzugt eine zweite Öffnung vorgesehen, die in einen zweiten Druckstutzen mündet. Dieser Druckstutzen ist bevorzugt der Druckstutzen, der gegenüber dem ersten Druckstutzen einen niedrigeren Druck im Betrieb zu ertragen hat. Dementsprechend ist es zweckmäßig in diesen Fällen, den zweiten Druckstutzen als Niederdruckstutzen zu bezeichnen. Bei einer Ausbildung der Radialturbofluidenergiemaschine als Radialturboverdichter ist der Hochdruckstutzen der Austrittsstutzen aus dem Gehäuse und der Niederdruckstutzen der Eintrittsstutzen. Outside the axial region of the thickened wall thickness, it is preferable to provide a second opening which opens into a second pressure port. This discharge nozzle is preferably the discharge nozzle, which has to endure a lower pressure in operation compared to the first discharge nozzle. Accordingly, it is expedient in these cases to designate the second discharge nozzle as a low-pressure nozzle. In one embodiment of the radial turbofluid energy machine as a radial turbocompressor, the high-pressure nozzle is the outlet nozzle from the housing and the low-pressure nozzle the inlet nozzle.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher beschrieben. In the following the invention with reference to a specific embodiment with reference to drawings is described in detail.

Es zeigen: Show it:

1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse einer Radialfluidturboenergiemaschine, 1 a schematic longitudinal section through an inventive housing of a radial fluid turbo energy machine,

2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausschnitts des Gehäuses aus der 1 im Bereich einer verdickten Wandstärke und eines Hochdruckstutzens, 2 a schematic perspective view of a section of the housing from the 1 in the range of a thickened wall thickness and a high-pressure nozzle,

3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Gehäusemantels aus der 1. 3 a schematic perspective view of a housing shell of the 1 ,

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse CAS mit einem Gehäusemantel CCV, das ausschnittsweise auch in 2 perspektivisch und dessen Gehäusemantel CCV vollständig perspektivisch schematisch in der 3 wiedergegeben ist. The 1 shows a schematic representation of a longitudinal section through a housing according to the invention CAS with a housing shell CCV, the fragmentary in 2 Perspective and the housing shell CCV fully perspective schematic in the 3 is reproduced.

Das erfindungsgemäße Gehäuse CAS weist einen Gehäusemantel CCV auf, der sich entlang einer zentralen Achse X erstreckt und auf einer ersten Stirnseite CVS1 eine axiale erste Öffnung HPO aufweist sowie auf einer zweiten gegenüberliegenden Stirnseite CVS2 eine axiale zweite Öffnung LPO aufweist. Die Öffnungen HPO, LPO auf den beiden axialen Stirnseiten CVS1, CVS2 sind mittels eines ersten Deckels HPC bzw. eines zweiten Deckels LPC verschließbar ausgebildet. Der erste Deckel HPC ist von außen an dem Gehäusemantel CCV anbringbar ausgebildet und wird mittels Fixierelementen FX an dem Gehäusemantel CCV befestigt, so dass es unter Zwischenlage einer nicht dargestellten Dichtung zu einer dichtenden Anlage kommt. Die in der Regel als Schrauben ausgebildeten Fixierelemente FX werden zur Befestigung des Deckels HPC in axiale Sacklöcher BH eingeschraubt, die in der Wandung W des Gehäusesmantels CCV jeweils stirnseitig vorgesehen sind. The housing CAS according to the invention has a housing jacket CCV, which extends along a central axis X and has on a first end face CVS1 an axial first opening HPO and on a second opposite end face CVS2 has an axial second opening LPO. The openings HPO, LPO on the two axial end faces CVS1, CVS2 are designed to be closable by means of a first lid HPC and a second lid LPC, respectively. The first lid HPC can be attached from the outside to the housing jacket CCV and is fastened by means of fixing elements FX to the housing jacket CCV, so that it comes to a sealing engagement with the interposition of a seal, not shown. The fixing elements FX, which are generally designed as screws, are screwed into axial blind holes BH for attachment of the cover HPC, which are each provided on the front side in the wall W of the housing jacket CCV.

Der zweite Deckel LPC ist von Innen in den Gehäusemantel eingelegt und dort in nicht dargestellter Weise fixiert. Ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Vorsprung PRO, der radial nach innen gerichtet an dem Gehäusemantel an der zweiten Öffnung LPO vorgesehen ist, befindet sich im Betrieb mit dem zweiten Deckel in dichtender Anlage. The second lid LPC is inserted from the inside into the housing shell and fixed there in a manner not shown. A circumferentially extending projection PRO, which is provided radially inwardly on the housing shell at the second opening LPO, is in operation with the second cover in sealing engagement.

Der Gehäusemantel CCV weist seitens der ersten axialen Stirnseite CVS1 eine gegenüber dem übrigen Gehäusemantel CCV verdickte Wandstärke der Wandung W in einem Axialbereich auf. The housing jacket CCV has, on the side of the first axial end face CVS1, a wall thickness W of the wall W thickened in relation to the remaining housing jacket CCV in an axial region.

Die Sacklöcher BH seitens der ersten axialen Stirnseite CVS1 befinden sich auf einem größeren Durchmesser über dem Umfang verteilt als der mittlere Durchmesser der Wandstärke seitens der zweiten axialen Stirnseite CVS2. Außerdem befinden sich die Sacklöcher BH seitens der ersten axialen Stirnseite CVS1 in Umfangsrichtung verteilt gegenüber der Achse X konzentrisch auf einem größeren Durchmesser als der mittlere Durchmesser der Wandung in dem Bereich, in dem die Wandstärke nicht verdickt ist. Auf diese Weise werden die Innenfasern am Sitzdurchmesser des ersten Deckels HPC an dem Gehäuse CAS entlastet. The blind holes BH on the first axial face CVS1 are distributed on a larger diameter over the circumference than the average diameter of the wall thickness on the second axial face CVS2. In addition, the blind holes BH from the first axial end face CVS1 are circumferentially distributed with respect to the axis X concentric with a larger diameter than the mean diameter of the wall in the area where the wall thickness is not thickened. In this way, the inner fibers are relieved at the seat diameter of the first lid HPC on the housing CAS.

Der axiale Bereich der verdickten Wandstärke der Wandung W erstreckt sich ausgehend von der Stirnseite über den gesamten axialen Bereich der ersten Öffnung O1 des ersten Stutzens CF1 bzw. Hochdruckstutzens CHP. The axial region of the thickened wall thickness of the wall W extends from the end face over the entire axial region of the first opening O1 of the first nozzle CF1 or high-pressure nozzle CHP.

Der Gehäusemantel CCV weist eine erste Öffnung O1 und eine zweite Öffnung O2 auf. Die zweite Öffnung O2 mündet in einen zweiten Druckstutzen CF2, der im Falle der Ausbildung des Gehäuses CAS für einen Radialturbokompressor RTC einen Eintrittsstutzen bildet, der gegenüber einem Austrittsstutzen bzw. ersten Druckstutzen CF1 bzw. Hochdruckstutzen CHP auf der axial gegenüberliegenden Seite und bevorzugt der radial gegenüberliegenden Seite – also im Wesentlichen diametral gegenüberliegend – einen niedrigeren Druck im Betrieb ertragen muss. The housing jacket CCV has a first opening O1 and a second opening O2. The second opening O2 opens into a second discharge port CF2, which in the case of the formation of the housing CAS for a radial turbocompressor RTC forms an inlet connection to an outlet port or first discharge port CF1 or high-pressure port CHP on the axially opposite side and preferably the radially opposite Page - that is essentially diametrical Opposite - endure a lower pressure during operation.

Bevorzugt mündet der zweite Druckstutzen CF2 im Wesentlichen radial in das Gehäuse CAS bzw. dem Gehäusemantel CCV hinsichtlich der Achse X ein. Der erste Druckstutzen CF1 bzw. Hochdruckstutzen CHP weist einen geringeren Eintrittsdurchmesser als der Niederdruckstutzen CLP auf und mündet bevorzugt nicht rein radial in den Gehäusemantel CCV ein, sondern zumindest etwas mehr tangential. Preferably, the second pressure port CF2 opens substantially radially into the housing CAS or the housing shell CCV with respect to the axis X. The first pressure port CF1 or high-pressure port CHP has a smaller inlet diameter than the low-pressure port CLP and preferably does not open into the housing shell CCV purely radially, but at least somewhat more tangentially.

Die verdickte Wandstärke der Wandung W des Gehäusemantels CCV ist derart ausgebildet, dass der Gehäusemantel CCV im Bereich der verdickten Wandstärke einen größeren Außendurchmesser hat und der Innendurchmesser im Bereich der verdickten Wandstärke der Wandung W gegenüber dem axial nicht verdickten Bereich im Wesentlichen den gleichen mittleren Durchmesser aufweist. The thickened wall thickness of the wall W of the housing jacket CCV is designed such that the housing jacket CCV in the region of the thickened wall thickness has a larger outer diameter and the inner diameter in the region of the thickened wall thickness of the wall W relative to the axially non-thickened region has substantially the same average diameter ,

Bevorzugt ist der Gehäusemantel CCV als geschmiedetes Bauteil ausgebildet, wobei die Bereiche der unterschiedlichen Wandstärken mittels einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schweißnaht WD miteinander verbunden sein können. Alternativ ist eine Ausbildung des Gehäusemantels CCV als Gussbauteil oder als gestuftes Schmiedebauteil möglich. Preferably, the housing jacket CCV is designed as a forged component, wherein the regions of the different wall thicknesses can be connected to each other by means of a circumferentially extending weld WD. Alternatively, a design of the housing shell CCV as a cast component or as a stepped forging component is possible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2045472 A1 [0002]

Claims

Housing (CAS) of a radial turbofluid energy machine (RFM) with a housing jacket (CCV), formed by a tubular wall (W), which extends along an axis (X) and whose at least one first axial end face (CVS1) has a first opening (HPO) having, wherein the first opening (HPO) is closable by means of a first lid (HPC), wherein the first cover (HPC) by means of fastening elements (FX) sealingly attachable to the housing shell (CCV), characterized in that the housing jacket (CCV) is formed on the side of the first axial end face (CVS1) with a wall thickness (W) thickened relative to the rest of the housing shell (CCV) and the wall (W) is provided with blind holes (B) extending axially in the wall (W). BH) is provided, in which the fastening elements (FX) can be fastened.

Housing according to claim 1, wherein the housing jacket (CCV) in the axial region of the thickened wall thickness has a first opening (O1), which opens into a first discharge nozzle (CF1).

Housing according to claim 2, wherein the first discharge port (CF1) is an outlet port (CHP) of a radial turbocompressor (RTC).

Housing according to one of the preceding claims, wherein the housing jacket (CCV) outside the axial region of the thickened wall thickness has a second opening (O2), which opens into a second pressure port (CF2).

Housing according to claim 4, wherein the second discharge port (CF2) is an inlet port of a radial turbocompressor (RTC).

Housing according to one of the preceding claims, wherein the housing casing (CCV) at a second axial end side has a second opening (LPO), wherein the second opening (LPO) by means of a second lid (LPC) is lockable.

Radial turbofluid energy machine (RTM), in particular radial turbocompressor (RTC), comprising a housing (CAS) according to at least one of the preceding claims 1 to 6.