Die Erfindung betrifft einen Eintrittsstutzen für einen Axialverdichter, insbesondere einen Turbokompressor, mit einem Eintrittsgehäuse, in dem ein Lagergehäuse mit einem in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluids axial ersten Lager für einen Rotor des Axialverdichters angeordnet ist, wobei das Lagergehäuse mit dem Eintrittsgehäuse über eine Einlaufstrebe verbunden ist, die in einem Stirnquerschnitt mit dem Eintrittsgehäuse verbunden ist.

Solche Einlaufstreben verlaufen bei herkömmlichen Axialverdichtern rein radial, i.e. parallel zu einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens, so dass der Lagermittelpunkt des ersten bzw. vorderen Lagers in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluids axial im Wesentlichen auf Höhe des Flächenmittelpunktes dieses Stirnquerschnittes angeordnet ist, mit anderen Worten das Lager axial mittig in der Einlaufstrebe unter dessen Übergang in das Eintrittsgehäuse angeordnet ist.

Als Lagermittepunkt wird vorliegend insbesondere ein Durchstoßpunkt einer Lagerachse durch eine Symmetrieebene eines symmetrischen Lagers, ein Massenmittelpunkt des Lagers, der geometrische Mittelpunkt zwischen den axialen Stirnseiten des Lagers oder ein Druckpunkt des Lagers bezeichnet.

Da die Einlaufstreben insbesondere aus Festigkeits-und Fertigungsgründen häufig axial relativ weit vorne zum Eintrittsquerschnitt des Eintrittsstutzens hin mit dem Eintrittsgehäuse verbunden sind, um sich beispielsweise gegen entsprechende Verstärkungen des Eintrittsgehäuses abstützen zu können oder beim Urformen stark variierende Wandstärken zu vermeiden, ist damit auch das erste bzw. vordere Lager entsprechend weit vorne angeordnet, so dass sich ein relativ großer Lagerabstand zu einem zweiten, hinteren Lager des Rotors des Axialverdichters ergibt, das in Strömungsrichtung hinter dem ersten Lager angeordnet ist.

In der Einlaufstreben können eine oder mehrere Fluidpassagen ausgebildet sein. Solche Fluidpassagen können beispielsweise der Schmierung des Lagers dienen und hierzu einerseits im oder in der Nähe des Lagers in das Lagergehäuse münden und andererseits mit einer Schmiermittelver- bzw. -entsorgung, beispielsweise über Schmiernippel, Leitungen, Passagen in angrenzenden Gehäuseteilen oder dergleichen, außerhalb des Eintrittsgehäuses verbunden sein. Um dabei sowohl die Länge der Fluidpassage und damit die Schwächung der das Lagergehäuse tragenden Einlaufstrebe als auch den Aufwand zu ihrer - in der Regel spanenden - Herstellung zu minimieren, verlaufen solche Fluidpassagen bisher im Wesentlichen radial.
Dies führt dazu, dass ein von der radialen Fluidpassage versorgten Lager axial auf Höhe der Austrittsöffnung der Fluidpassage aus dem Eintrittsgehäuse angeordnet werden muss, was den Lagermittenabstand des Rotors ebenfalls nachteilig vergrößert.
Ein größerer Lagermittenabstand kann jedoch die Rotordynamik negativ beeinflussen.

Aus der EP 122 328 A1 ist ein Eintrittsstutzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen verbesserten Eintrittsstutzen zur Verfügung zu stellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Eintrittsstutzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch wenigstens eines seiner kennzeichnenden Merkmale weitergebildet. Anspruch 15 stellt einen Axialverdichter mit einem solchen Eintrittsstutzen unter Schutz, die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Ein erfindungsgemäßer Eintrittsstutzen ist für einen Axialverdichter, insbesondere einen Turbokompressor, vorgesehen und kann bevorzugt lösbar oder fest mit diesem verbunden oder integral ausgebildet sein. Er weist ein Eintrittsgehäuse auf, dessen Innenraum sich bevorzugt in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluides verjüngt. In dem Eintrittsgehäuse ist ein Lagergehäuse angeordnet, welches ein vorderes bzw. erstes Lager für einen Rotor des Axialverdichters aufnimmt. Dabei kann es sich insbesondere um ein Radiallager, ein Axiallager oder ein Radial-Axial-Lager handeln. Dieses Lager ist in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluids axial ein erstes, i.e. vorderes Lager, wobei der Rotor in weiteren Lagern abgestützt sein kann, die einen größeren axialen Abstand zu einem Eintrittsquerschnitt des Eintrittsstutzens aufweisen.

Das Lagergehäuse ist in dem Eintrittsgehäuse über eine oder mehrere Einlaufstreben abgestützt. Mehrere Einlaufstreben können äquidistant über dem Umfang des Lagergehäuses verteilt sein oder unterschiedliche Winkelabstände zueinander aufweisen. Während äquidistant verteilte Einlaufstreben die Strömung im Lagergehäuse homogen und somit wenig stören, können Einlaufstreben mit unterschiedlichen Winkelabständen zueinander an konstruktive Randbedingungen des Gehäuses, insbesondere außenliegende Zuleitungen, Rippen, unterschiedliche Wandstärken oder dergleichen angepasst werden.

Eine oder mehrere Einlaufstreben sind in je einem Stirnquerschnitt der entsprechenden Einlaufstrebe mit dem Eintrittsgehäuse verbunden. Insbesondere können eine oder mehrere, bevorzugt alle Einlaufstreben einstückig, beispielsweise durch Urformen, mit dem Eintritts- und/oder Lagergehäuse verbunden sein. Gleichermaßen können eine oder mehrere Einlaufstreben aber auch nach dem Urformen mit dem Eintritts- und/oder Lagergehäuse verbunden, beispielsweise verschweißt oder verschraubt werden. Erfindungsgemäß ist in wenigstens einer Einlaufstreben eine Fluidpassage ausgebildet. Diese kann insbesondere zum Zuführen und/oder Abführen von Schmiermittel zu dem Lager für das Laufrad vorgesehen sein. Eine Fluidpassage kann gleichermaßen zum Zuführen und/oder Abführen von Kühlfluid, insbesondere Kühlluft, und/oder einem Sperrfluid, insbesondere Sperrluft dienen, um den Axialverdichter zu kühlen bzw. einen Schmiermittelaustritt in den Axialverdichter zu vermeiden. Auch andere Fluide, beispielsweise ein Hydraulikfluid, insbesondere eines geregelten Lagers, können durch die Fluidpassage strömen. Insbesondere zu den vorgenannten Funktionen kann eine Fluidpassage in einer bevorzugten Ausführung in oder in der Nähe des Lagers in das Lagergehäuse münden. Zusätzlich oder alternativ zu einem Fluid kann die insoweit nur zur Vereinfachung so bezeichnete Fluidpassage beispielsweise auch zur Führung von Kabeln, Leitungen oder dergleichen, etwa elektrischer und/oder optischer Leitungen für Sensoren im Lagergehäuse ausgebildet sein.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass eine Fluidpassage wenigstens abschnittsweise einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens einschließt, i.e. schräg zur Axialrichtung des Eintrittsstutzens verläuft, insbesondere von radial außen nach radial innen in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Fluides.
Durch diese konstruktive Abänderung gegenüber herkömmlichen, rein radial verlaufenden Fluidpassagen wird es vorteilhaft möglich, das Lager in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Fluides axial nach hinten zu versetzen so den Lagermittenabstand zu verkürzen, um rotordynamische Probleme zu verringern oder zu vermeiden. Gleichzeitig wird es möglich, Zuleitungen zu den Fluidpassagen an der Außenfläche des Eintrittsgehäuses optimal, beispielsweise in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Fluides weiter vorne anzuordnen und somit im Bereich der Einlaufstrebe(n) Verstärkungen wie Rippen oder dergleichen an der Außenfläche des Eintrittsgehäuses vorzusehen.
Der Lagermittelpunkt des ersten Lagers ist in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluids axial wenigstens um das 0,1-fache, bevorzugt wenigstens um das 0,15-fach, weiter bevorzugt wenigstens um das 0,2-fache und insbesondere wenigstens um das 0,25-fache der Sehnenlänge des Stirnquerschnittes hinter dem Flächenmittelpunkt des Stirnquerschnittes angeordnet. Als Sehnenlänge wird dabei die maximale Erstreckung des Stirnquerschnittes in axialer Richtung, i.e. in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluids bezeichnet, die beispielsweise bei einem kreisförmigen Stirnquerschnitt dessen Durchmesser, bei einem ellipsenförmigen Stirnquerschnitt dessen großem Halbmesser entspricht.Das erste Lager ist hinter dem Flächenmittelpunkt eines Stirnquerschnittes angeordnet. Hierdurch wird vorteilhaft der Lagerabstand zum Massenmittelpunkt des Rotors und - sofern vorhanden - zu einem zweiten, hinteren Lager des Rotors des Axialverdichters verkürzt, das in Strömungsrichtung hinter dem ersten Lager angeordnet ist.
Dabei kann das erste Lager insbesondere hinter den ersten zwei Dritteln der Sehnenlänge, i.e. wenigstens um das 0,17-fach, bevorzugt hinter den ersten drei Vierteln der Sehnenlänge, i.e. wenigstens um das 0,25-fach hinter dem Flächenmittelpunkt des Stirnquerschnittes angeordnet sein.

Ist das Lagergehäuse über mehrere Einlaufstreben mit dem Eintrittsgehäuse verbunden, ist der Lagermittelpunkt des ersten Lagers axial wenigstens um das 0,1-fache, 0,15-fach, 0,2- fache bzw. 0,25-fache der Sehnenlänge des Stirnquerschnittes hinter dem Flächenmittelpunkt des Stirnquerschnittes wenigstens einer Einlaufstrebe angeordnet. Es können also auch Einlaufstreben vorhanden sein, bezüglich deren Stirnquerschnitt das erste Lager axial vor oder im Flächenmittelpunkt angeordnet ist. In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Lagermittelpunkt des ersten Lagers axial wenigstens um das 0,1-fache, 0,15-fach, 0,2-fache bzw. 0,25-fache der Sehnenlänge des Stirnquerschnittes hinter den Flächenmittelpunkten der Stirnquerschnitte aller Einlaufstreben angeordnet.

Der Lagermittelpunkt muss nicht mehr innerhalb der auf die Längsachse des Eintrittsstutzens projizierten Sehnenlänge des bzw. der Stirnquerschnitte liegen, sondern kann axial auch hinter dem bzw. den Stirnquerschnitten angeordnet sein. Gleichermaßen kann er jedoch auch innerhalb der auf die Längsachse des Eintrittsstutzens projizierten Sehnenlänge des bzw. der Stirnquerschnitte liegen, insbesondere höchstens um das 0,75-fache, insbesondere höchstens um das 0,5-fache der Sehnenlänge des Stirnquerschnittes hinter dem Flächenmittelpunkt des Stirnquerschnittes angeordnet sein.

Wenn das erste Lager gegenüber dem Stirnquerschnitt einer Einlaufstrebe axial nach hinten versetzt ist, kann es durch schräg verlaufende Fluidpassagen in dieser Einlaufstrebe besonders gut bedient werden.

In einer oder mehreren Einlaufstreben können jeweils mehrere, insbesondere zwei oder drei Fluidpassagen ausgebildet sein, wobei wenigstens eine, bevorzugt mehrere, besonders bevorzugt alle Fluidpassagen einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bilden. Solche Fluidpassagen können bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, was die Fertigung vereinfacht. Gleichermaßen können sie jedoch auch unterschiedliche Winkel mit der Normalebene einschließen, um so insbesondere optimale Wege zwischen Austrittspositionen am Eintrittsgehäuse und am Lagergehäuse zu definieren. Auf diese Weise können beispielsweise nahe beieinander in das Lagergehäuse mündende Fluidpassagen mit axial voneinander entfernten Zuleitungen am Eintrittsgehäuse verbunden werden und umgekehrt.

In zwei Einlaufstreben kann eine unterschiedliche Anzahl von Fluidpassagen ausgebildet sein, um so beispielsweise Zu- und Ableitungen optimal zu verteilen. Auch müssen Fluidpassagen in derselben oder unterschiedlichen Einlaufstreben nicht denselben Durchmesser aufweisen, sondern können beispielsweise an die Beschaffenheit und Menge des zu- oder abgeführten Mediums angepasst sein.

Eine oder mehrere Fluidpassagen können im Wesentlichen geradlinig verlaufen, so dass sie überall denselben spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bilden. Solche Fluidpassagen sind besonders einfach durch Bohren herzustellen und in der Konstruktion zu berücksichtigen.

Der Winkel, den eine solche im Wesentlichen geradlinig verlaufende Fluidpassage mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet, kann bevorzugt im Bereich zwischen 10° und 40°, insbesondere im Bereich zwischen 20° und 30° liegen. Dies stellt einen guten Kompromiss aus Verkürzung des Lagermittenabstandes und Erhöhung des Fertigungsaufwandes dar.

Eine oder mehrere Fluidpassagen können auch einen geknickten Verlauf aufweisen, so dass wenigstens ein Abschnitt dieser Fluidpassage einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet. Andere Abschnitte solcher Fluidpassagen können hingegen beispielsweise im Wesentlichen in Radialrichtung des Eintrittsgehäuses verlaufen. Auf diese Weise können die Vorteile rein radialer und schräg verlaufender Fluidpassagen miteinander verbunden werden.

Der Winkel, den ein solcher schräger Abschnitt einer Fluidpassage mit geknicktem Verlauf mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet, liegt bevorzugt im Bereich zwischen 60° und 80°, insbesondere im Bereich zwischen 65° und 75°. Da hier nur eine kürzere Strecke in radialer Richtung zum Ausgleich des Axialversatzes zwischen Ein- und Austritt der Fluidpassage zur Verfügung steht, weisen solche schrägen Abschnitte bevorzugt größere Winkel zur Normalebene auf als knicklose Fluidpassagen.

In einer bevorzugten Ausführung münden zwei oder mehr Fluidpassagen in einen gemeinsamen Abschnitt, der mit dem Inneren des Lagergehäuses kommuniziert. Dieser Abschnitt kann insbesondere schräg verlaufen, während die in ihn mündenden Fluidpassagen bevorzugt im Wesentlichen in Radialrichtung des Eintrittsgehäuses verlaufen. Hierdurch können von solchen, im Wesentlichen rein radial verlaufenden, Fluidpassagen ver- oder entsorgte Stellen durch einen gemeinsamen schrägen Abschnitt beschickt werden, was den Herstellungsaufwand und die Schwächung der Einlaufstrebe vorteilhaft verringert.

Eine Radialachse durch die Flächenmittel- oder -schwerpunkte wenigstens einer Einlaufstrebe kann - wenigstens abschnittsweise - ebenfalls einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bilden Hierzu kann beispielsweise eine Einlaufstrebe mit konstantem Querschnitt insgesamt schräg, insbesondere in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluides zum Lagergehäuse hin zulaufend, ausgebildet sein. Eine solche gepfeilte Einlaufstrebe ist zur Aufnahme insbesondere geradliniger Fluidpassagen besonders geeignet. Insbesondere zu deren Aufnahme, aber auch zur Aufnahme von geknickten Fluidpassagen sowie zur Abstützung eines axial nach hinten versetzten ersten Lagers kann eine Einlaufstrebe gleichermaßen auch im Wesentlichen in radialer Richtung des Eintrittsgehäuses verlaufen und sich zum Lagergehäuse hin verbreitern, so dass der Flächenmittel- oder -schwerpunkt sich zum Lagergehäuse hin in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluides nach hinten verlagert.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:

• Fig. 1 einen Eintrittsstutzen nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung im Halbschnitt; und
• Fig. 2 den Eintrittsstutzen nach Fig. 1 im perspektivischen Viertelschnitt.

Fig. 2 zeigt das herausgeschnittene untere, in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluides gesehen linke, Viertel eines Eintrittsstutzen nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung, Fig. 1 einen Horizontalschnitt in Fig. 2.

Der Eintrittsstutzen weist ein Eintrittsgehäuse 1 zum Sammeln und Zuführen eines Mediums zu einem (nicht dargestellten) Turbokompressor dar. In dem Eintrittsgehäuse 1 ist ein Lagergehäuse 2 angeordnet, das eine im Wesentlichen zylindrische Form, mit in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Mediums (von links nach rechts in den Figuren), vorderer halbkugelförmiger Stirnseite aufweist. In dem Lagergehäuse 2 ist ein Radiallager 3 für einen Rotor mit Laufrad des Turbokompressors (nicht dargestellt) ausgebildet, dessen Lagermittelpunkt 3a axial in der Mitte des dargestellten Lagerringes liegt.

Das Lagergehäuse 2 ist mit dem Eintrittsgehäuse 1 über drei, vier oder mehrere Einlaufstreben verbunden, wobei in Fig. 2 eine untere (geschnitten) und eine linke (teilweise verdeckt) Einlaufstrebe 4 erkennbar sind, in Fig. 1 die linke Einlaufstrebe 4.

In einer nicht dargestellten Abwandlung sind zusätzlich zwei oder mehr Blindstreben in der oberen Hälfte des Eintrittsgehäuses angeordnet, welche nicht mit dem Lagergehäuse verbunden sind.

Die in Fig. 1 dargestellte linke Einlaufstrebe 4 ist einstückig mit dem Eintrittsgehäuse 1 verbunden und geht in ihrem dem Eintrittsgehäuse 1 zugewandten Stirnquerschnitt in dieses über. Der Flächenmittelpunkt 10 dieses Stirnquerschnittes ist in Fig. 1 eingezeichnet und liegt erkennbar axial vor dem Lagermittelpunkt 3a, der gegenüber diesem Flächenmittelpunkt 10 um das 0,375-fache in Strömungsrichtung eines zu verdichtenden Fluids axial nach hinten (nach rechts in Fig. 1) versetzt ist.

In der linken Einlaufstrebe 4 sind drei Fluidpassagen 5 ausgebildet, von denen eine in Fig. 1 linke, vordere Fluidpassage 5.1 (strichpunktiert in Fig. 1) der Führung von Leitungen für Sensoren zum Lager 3 dient und in der Nähe des Lagers 3 vor diesem in das Lagergehäuse 2 mündet, eine mittlere Fluidpassage 5.2 (ausgezogen in Fig. 1) der Zufuhr von Schmiermittel zum Lager 3 dient und in dem Lager 3 in das Lagergehäuse 2 mündet, und eine in Fig. 1 rechte, hintere Fluidpassage 5.3 (strichdoppelpunktiert in Fig. 1) der Zufuhr von Sperrluft in das Lagergehäuse 2 dient und in der Nähe des Lagers 3 nach diesem in das Lagergehäuse 2 mündet.

Diese Fluidpassagen 5 sind als Durchgangsbohrungen ausgebildet und verlaufen daher im Wesentlichen geradlinig. Sie schließen einen spitzen Winkel von ca. 23° mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens (Vertikalebene senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1) bzw. den Komplementärwinkel von ca. 67° mit der Längsachse ein.

In der unteren Einlaufstrebe 4 sind zwei Fluidpassagen 6 ausgebildet, die der Abfuhr von Schmiermittel aus dem Inneren des Lagergehäuses 2 dienen. Diese Fluidpassagen 6 bilden abschnittsweise einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens. Hierzu weisen sie einen geknickten Verlauf auf, wobei jeweils ein sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Abschnitt 61 bzw. 6.2 in einen beiden Fluidpassagen 6 gemeinsamen Abschnitt 8 übergeht, der einen spitzen Winkel von ca. 72° mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens bildet.

Dieser gemeinsame schräge Abschnitt 8 erstreckt sich in Längsrichtung des Eintrittsgehäuses 1 (von links nach rechts in Fig. 1) und mündet am Ende in eine kreissegmentförmige Ringnut 7, die rechtwinkelig zum Abschnitt 8 ausgebildet ist und sich über einen Bereich von 70° in der unteren Hälfte des Lagergehäuses 2 erstreckt. Über die hinter dem Lager 3 angeordnete Ringnut 7 und den zum Inneren des Lagergehäuses 2 hin offenen gemeinsamen Abschnitt 8, der sich von der Ringnut 7 unter dem Radiallager 3 hindurch nach vorne bis zu den in radialer Richtung verlaufenden Abschnitten 6.1, 6.2 erstreckt, kommunizieren die beiden Fluidpassagen mit dem Inneren des Lagergehäuses 2.

Auch bezüglich des Flächenmittelpunktes 10 der unteren Einlaufstreben 4 ist der Lagermittelpunkt des Lagers 3, wie in Fig. 2 erkennbar, axial nach hinten versetzt und liegt im letzten Drittel von dessen auf die Längsachse 9 projizierten Sehnenlänge.

Wie insbesondere in Fig. 1 gut erkennbar, erstrecken sich die Einlaufstreben 4 im Wesentlichen in radialer Richtung (von oben nach unten in Fig. 1). Um dabei auf beiden Seiten ausreichend Material für die schräg verlaufenden Fluidpassagen 5 bzw. den schrägen, gemeinsamen Abschnitt 8 aufzuweisen und den Lagermittelpunkt gut abstützen zu können, weisen die Einlaufstreben 4 an ihrer in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Fluids (rechts in Fig. 1, 2) hinteren Abströmkante einen im Wesentlichen dreickförmigen Ansatz 4.1 auf. Eine Radialachse durch die Flächenmittelpunkte der Einlaufstreben 4 weist daher in diesem Abschnitt mit dem Absatz 4.1 einen spitzen Winkel mit einer Normalebene zur Längsachse des Eintrittsstutzens auf.

1

Eintrittsgehäuse

2

Lagergehäuse

3

Radiallager

3a

Lagermittelpunkt

4

Einlaufstrebe

4.1

Ansatz

5.1-5.3

Fluidpassage (für Luft, Schmiermittel bzw. Kabel)

6.1, 6.2

Fluidpassage

7

Ringnut

8

gemeinsamer Abschnitt

9

Längsachse

10

Flächenmittelpunkt des Stirnquerschnittes