EP3237760A1 - Diffusor für einen radialverdichter - Google Patents

Diffusor für einen radialverdichter

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EP3237760A1
EP3237760A1 EP15823510.1A EP15823510A EP3237760A1 EP 3237760 A1 EP3237760 A1 EP 3237760A1 EP 15823510 A EP15823510 A EP 15823510A EP 3237760 A1 EP3237760 A1 EP 3237760A1
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EP
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diffuser
pressure
annular channel
channel
blade
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Christian Kreienkamp
Armin Reichl
Daniel Rusch
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Definitions

  • the present invention relates to a diffuser for a centrifugal compressor.
  • the term radial compressor also includes so-called mixed-flow compressors with an axial inflow and a radial outflow of the compressor impeller.
  • the scope of the present invention also extends to compressors with a purely radial or diagonal inflow or outflow of the compressor impeller.
  • the present invention relates to a diffuser for a centrifugal compressor, wherein the centrifugal compressor is used in a turbocharger, and wherein the turbocharger may comprise an axial turbine or a radial or a so-called mixed flow turbine.
  • Diffusers are known in the prior art for use in centrifugal compressors for turbocharger applications.
  • a fluid for example air
  • the fluid is first drawn in axially via a compressor wheel connected upstream of the diffuser and accelerated and precompressed in the compressor wheel.
  • the fluid is thereby supplied with energy, which is in the form of pressure, temperature, and kinetic energy.
  • At the outlet of the compressor impeller prevail high flow velocities.
  • the accelerated, compressed air leaves the compressor wheel tangentially in the direction of the diffuser.
  • the kinetic energy of the accelerated air is converted into pressure. This is done by delaying the flow in the diffuser. By radial expansion flow cross-section of the diffuser is increased.
  • the diffusers used therein can be provided with a blading.
  • An example of a bladed diffuser is shown in DE102008044505.
  • the blast diffusers known from the prior art are generally designed as radial bladed parallel-walled diffusers, as shown, for example, in US4131389.
  • the flow in the diffuser can be delayed more.
  • the flow speeds in the spiral are thereby reduced, whereby the wall friction losses decrease and the efficiency of the compressor stage is improved.
  • the use of diffusers with radial sidewall divergence allows a greater delay with the same length compared to parallel-walled diffusers.
  • the compressor map width is thereby reduced and the usability of the compressor stage for applications in the turbocharger is thereby limited.
  • One solution is to fluidly connect a diffuser duct section of a bladed diffuser via pressure equalization ports to an annular channel to allow pressure equalization between individual diffuser passages of the diffuser formed by adjacent diffuser vanes.
  • pressure equalization holes there may be a problem that the annular channel and / or the individual pressure equalization holes clog, for example, due to residues and deposits from a compressor cleaning or by particles which are in oily intake air. This has a negative influence on the pumping limit of the compressor and, in extreme cases, can result in a motor connected to the diffuser being no longer able to be operated.
  • Another object of the present invention is to prevent or reduce premature boundary layer delamination on the diffuser vanes and sidewalls of the diffuser in individual diffuser passages due to excessive delays.
  • another object of the present invention is to ensure that the diffuser is not compromised in its operation, even with possible contamination due to deposits and residues of oily intake air from the compressor.
  • the object is achieved by a diffuser for a centrifugal compressor, wherein the diffuser comprises a diffuser channel portion, which is formed by a first side wall and a second side wall, wherein the first side wall and the second Side wall in the flow direction are at least partially divergent to each other.
  • the diffuser includes a blade ring having a number of blades, the blades being at least partially disposed in the diffuser channel portion, each of the blades having a pressure side and a suction side, and wherein
  • the diffuser includes a number of pressure equalizing holes formed in at least one of the two side walls of the diffuser channel portion, each of the plurality of pressure equalizing holes being arranged between the pressure side of a blade and the suction side of the adjacent blade of the blade ring.
  • the diffuser comprises a first annular channel which is arranged behind the pressure equalization openings, wherein the first annular channel is fluidically connected to the diffuser channel section via at least two of the pressure equalization openings, whereby a number of diffuser passages of the diffuser are fluidically connectable to each other, wherein as a diffuser passageway a region between two adjacent vanes of the blade ring in the diffuser channel portion is designated, wherein the first annular channel is connectable via a connecting channel with a Druckplenum, whereby a fluid from the Druckplenum can flow into the first annular channel, so that the first annular channel is flushed with the fluid.
  • the bladed diffuser duct section of the diffuser has pressure compensation openings which are incorporated in at least one of the two side walls of the diffuser duct section, and wherein the diffuser duct section of the diffuser is fluidically connected to a first annular duct and wherein the first annular channel is connectable via a connecting channel with a Druckplenum, whereby a fluid from the Druckplenum can flow into the first annular channel, so that the first annular channel is flushed with the fluid.
  • Another advantage of the present invention is that a pressure compensation can take place in the annular channel, which counteracts flow separation in the diffuser blades in the bladed diffuser duct section due to excessive flow delays and compensates for flow separation.
  • Another advantage of the present invention is that the pressure equalization, which takes place in the annular channel, at the same time a pressure equalization between the individual passages of the diffuser takes place in the diffuser duct section, which in turn leads to a reduction of uneven loading of individual diffuser passages in the diffuser duct section.
  • a diffuser passage is defined as a space or a portion between two adjacent diffuser vanes.
  • Uneven loads from individual diffuser passages in the diffuser duct section are caused, for example, by asymmetries of the compressor housing and air suction nozzles of the compressor and the non-rotationally symmetrical pressure field in the outflow region of the diffuser, production and installation tolerances, and unsteady flow effects.
  • the pressure equalization makes it possible to compensate incipient instabilities in individual diffuser passages by using the stability reserves of other, still stably running diffuser passages.
  • the stable working area of the diffuser and of the compressor as a whole is extended so far, until all diffuser passages come into the range of unstable flow. The consequence of this is that the surge limit of the compressor shifts towards lower volume flows and increases the usable range of the compressor map.
  • the pressure plenum is connected to a fluid source, wherein the fluid source is configured to provide fluid for pressure plenum.
  • the fluid source is formed as a charge air cooler, wherein the charge air cooler is designed to provide fluid, and wherein the fluid from the charge air cooler is introduced into the Druckplenum.
  • the fluid from the charge air cooler which is formed for example as flushing medium, also or in addition to the cooling of a compressor wheel of the centrifugal compressor is used.
  • a filter system for purifying the fluid is installed between the plenum and the fluid source.
  • a turbocharger assembly which includes a diffuser.
  • the first annular channel is incorporated in one of the two side walls of the diffuser channel section.
  • the number of pressure equalization holes which enter at least one of the two side walls of the Diffuser duct portion are incorporated, are arranged in a region of the respective side wall, in which the first side wall and second side wall are arranged divergently at least partially in the flow direction.
  • the pressure equalization openings are each formed as a bore and / or as a slot.
  • a pressure compensation opening could also be formed from a plurality of individual bores or slots.
  • the orientation of each of the pressure equalization openings in the respective side wall of the diffuser channel portion is determined by an angle of attack, which is defined as the angle of attack of the respective pressure equalization opening to the difffusor channel portion facing surface of this side wall.
  • the first annular channel is divided by separating means into a number of individual, mutually separated sub-channel regions of the first annular channel. In this way, pressure equalization between diffuser passages within a subchannel region can be locally limited.
  • each partial channel region of the first annular channel comprises at least two pressure equalization openings.
  • the pressure equalization openings do not have to be an integral part of the annular channel.
  • At least one second annular channel is incorporated in one of the side walls with pressure equalization openings of the diffuser channel section, whereby the diffuser passages of two non-adjacent blades of the blade ring can be fluidically connected to one another.
  • the first or second side wall of the diffuser channel portion is formed as a diffuser plate, wherein in the diffuser plate, the number of pressure equalization openings and at least one annular channel are incorporated.
  • An embodiment of the present invention comprises a centrifugal compressor with a diffuser.
  • Fig. 1 shows a bladed diffuser for a radial compressor according to a first embodiment of the present invention
  • Fig. 2 shows a partial section of a diffuser with blading for a radial compressor according to a second embodiment of the present invention
  • Fig. 3 shows a diffuser plate with pressure equalization holes and with a number of separated sub-channel regions according to a third embodiment of the present invention
  • Fig. 4 shows a diffuser plate with pressure equalization holes and with a number of separated sub-channel regions according to a fourth embodiment of the present invention
  • Fig. 5 shows a diffuser plate with pressure equalization ports and a connection of non-adjacent diffuser passages according to a fifth embodiment of the present invention
  • Fig. 6 shows a section of a diffuser plate with examples of possible orientations of pressure equalization openings between adjacent blades in a diffuser passage
  • Fig. 7 shows an example of alignment of a pressure equalization port in a diffuser plate
  • Fig. 8 shows a bladed diffuser for a radial compressor with annular passage and pressure plenum for a radial compressor for use in a turbocharger assembly according to a sixth embodiment of the present invention
  • FIG. 9 shows in an alternative schematic illustration a bladed diffuser with annular channel and pressure plenum for a radial compressor according to a seventh embodiment of the present invention.
  • identical reference numerals are used for the same and like-acting parts.
  • FIG. 1 shows a blading diffuser 1 for a radial compressor 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • the diffuser 1 comprises a diffuser channel section 2, which is formed by a first side wall 3 and a second side wall 4.
  • the diffuser duct section 2 extends from the compressor wheel until it enters the compressor spiral (not shown).
  • the first side wall 3 and the second side wall 4 are arranged divergently at least partially in the flow direction.
  • the diffuser 1 comprises a blade ring 5 with a number of individual blades 6, 6 ', the blades 6, 6' being at least partially arranged in the diffuser channel section 2. This means that in the diffuser 1 there may be both bladed and unbladed areas within the diffuser channel section 2.
  • FIG. 1 shows a blading diffuser 1 for a radial compressor 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • the diffuser 1 comprises a diffuser channel section 2, which is formed by a first side wall 3 and a second side wall 4.
  • the second side wall 4 of the diffuser 1 is located in the embodiment of FIG. 1 on a side facing a turbine wheel (not shown), the turbine wheel being a component of a turbocharger arrangement (not shown), which also includes the radial compressor 100.
  • the diffuser 1 comprises a first annular channel 10, which is arranged behind or after the pressure equalization openings 7, 7 '.
  • the first annular channel 10 is formed as a substantially annular continuous channel, which may also be referred to as an open channel. The pressure equalization takes place in the open channel over its entire circumference.
  • the pressure equalization ensures that the flow between the diffuser passages in the diffuser duct section 2 is stabilized by utilizing stability reserves of adjacent or non-adjacent diffuser passages to stabilize the flow in individual diffuser passages which are already operated in the unstable region.
  • a diffuser passage a space or a portion or a portion between two adjacent diffuser blades is referred to.
  • the first annular channel 10 can be integrated as part of the side wall 3, 4 directly into one or both of the side walls 3, 4, provided that it is ensured that the annular channel 10 is always installed behind the pressure equalization openings 7, 7 '.
  • an annular channel is installed in each of the side walls 3, 4, which is fluidically connected to the diffuser channel section 2 via pressure equalization openings 7, 7 '(not shown).
  • the first annular channel 10 is incorporated in a third side wall 15, wherein the third side wall 15 is disposed behind or after the second side wall 4 of the diffuser channel section 2 and wherein in the second side wall 4, the pressure compensation openings 7, 7 'are incorporated ,
  • the third side wall 15 can also be designed as a so-called intermediate wall, which is arranged between the compressor side and the turbine side of a turbocharger assembly.
  • the annular channel 10 and thus also the pressure compensation openings 7, 7 'could also be a component of the second side wall 4 or the first side wall 3 of the diffuser channel section 2 (not shown), so that the third side wall 15 would be omitted.
  • the pressure equalization openings 7, 7 'and the first annular channel 10 would then be incorporated in a one-piece component, wherein a surface of this component would form the first side wall 3 or the second side wall 4.
  • the annular channel 10 would be arranged behind the pressure equalization openings 7, 7 ', so as to ensure that the annular channel 10 is fluidically connected to the diffuser channel section 2 via the pressure equalization openings 7, 7' and at the same time ensures that the number the flow cross-sections of the diffuser 1 are fluidly connected to each other.
  • FIG. 1 it makes sense that the annular channel 10 is fluidically connected to the diffuser channel section 2 via at least two of the pressure compensation openings 7, 7 '.
  • Each of the pressure compensation openings 7, 7 ' which are incorporated in at least one of the two side walls 3, 4 of the diffuser channel section 2, are arranged in the embodiment shown in FIG.
  • the pressure compensation openings 7, 7 ' can also be arranged outside the region of the diffuser duct section 2, in which the first side wall 3 and the second side wall 4 are arranged divergently at least partially relative to one another in the flow direction
  • the pressure compensation openings 7, 7 ' may be formed in each case as a bore and / or as a slot. Alternatively, however, a pressure compensation opening could also be composed of a plurality of openings, that is, for example, a plurality of individual holes or slots or a combination of both forms. However, another form of pressure equalization opening in the diffuser 1 would be feasible.
  • the pressure compensation openings 7, 7 ' are also arranged in the bladed diffuser duct section 2 of the diffuser 1. This provides the advantage that flow separation in this area - the bladed diffuser area - can be compensated as a result of excessive delays.
  • the pressure equalizing openings 7, 7 'could also be arranged in an unopened diffuser duct section 2, that is to say that a number of individual pressure equalizing openings 7, 7' are incorporated in at least one of the two side walls 3, 4 and in this region of the Diffuser channel portion 2, which is formed by the two side walls 3, 4, no diffuser blades 6, 6 'are arranged.
  • the radial compressor 100 with the diffuser 1 according to the invention also comprises a compressor wheel 40, a compressor housing 42 and a bearing housing 44. However, additional or further components of the compressor are not shown in the figure for reasons of clarity.
  • FIG. 2 shows a profile view of a partial section of a diffuser 1 with blading for a centrifugal compressor 100 according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a diffuser 1 which comprises a number of diffuser blades 6, 6 'of the blade ring 5 (not shown completely in FIG. 2) in the diffuser channel section 2.
  • the second side wall 4 of the diffuser 1 is shown.
  • pressure equalization openings 7, 7 ' are incorporated, wherein in the figure 2 in the profile view only a pressure compensation opening is shown.
  • an annular channel 10 is disposed directly behind the pressure equalization opening 7, 7 '. The annular channel 10 is thus part of the second side wall 4 in the illustrated embodiment of FIG. 2.
  • the annular channel 10 allows pressure equalization between individual diffuser blades 6, 6 ', which are arranged at least partly within the lateral wall divergent diffuser channel section 2. As a result, a flow separation on the individual diffuser blades 6, 6 'of the blade ring 5 of the diffuser 1 can be compensated. As it approaches the surge limit of the diffuser 1, flow separations initially occur in individual heavily loaded diffuser passages, that is, in regions of two adjacent diffuser vanes 6, 6 ', which are unevenly loaded due to asymmetries, such as in the compressor housing.
  • the illustrated pressure compensation opening 7, 7 'of Figure 2 connects the first annular channel 10 with the flow cross sections of the diffuser first
  • the second side wall 4 of the diffuser 1 is part of a diffuser plate 12 in the embodiment of the diffuser 1 shown in FIG. 2.
  • the diffuser plate 12 comprises the individual pressure compensation openings 7, 7 'and the first annular channel 10, the first annular channel 10 behind the pressure equalization openings 7, 7 'is arranged.
  • FIG. 3 shows a top view of a diffuser 1.
  • the diffuser 1 comprises a diffuser plate 12.
  • the diffuser plate 12 comprises a number of pressure compensation openings 7, 7 ', which in each case fluidically connect the flow cross sections of the diffuser 1 with a first annular channel 10.
  • the first annular channel 10 is arranged behind the pressure equalization openings 7, 7 '.
  • the first annular channel 10 is, as shown in FIG. 3, designed as a so-called continuous annular space.
  • the first annular channel 10 can, as already shown in FIG. 1 and FIG. 2, either be integrated directly in the diffuser plate 12 or, alternatively, be incorporated in a separate wall, the separate wall being arranged behind the diffuser plate 12.
  • each of the blades 6, 6 ' comprises a pressure side 22 and a suction side 23, wherein the pressure side 22 and the suction side 23 of each blade 6, 6' from a blade inlet edge 8 and a blade outlet edge 8 'of this blade 6, 6' are limited.
  • the blade 6 'in FIG. 3 comprises a blade inlet edge 8 and a blade outlet edge 8' which delimit the pressure side 22 and the suction side 23 of this blade 6 '.
  • Each of the number of pressure compensation openings 7, 7 ' is arranged between the pressure side 22 of a blade 6 and the suction side 23 of the adjacent blade 6' of the blade ring 5.
  • the pressure compensation opening 7 located in the diffuser passage between the blade 6 and the blade 6 'in FIG. 3 is arranged between the pressure side 22 of the blade 6 and the suction side 23 of the adjacent blade 6' of the blade ring 5.
  • the individual pressure compensation openings 7, 7 ' are formed in FIG. 3 as slots.
  • the individual pressure compensation openings 7, 7 ' may each be formed as a bore and / or slot. It would be conceivable, however, to provide a plurality of holes or slots, which then each form a pressure compensation opening 7, 7 '.
  • the first annular channel 10 is divided by separating means 13 into a number of individual, mutually separated sub-channel regions 11, 1 1 '.
  • Each of the sub-channel regions 1 1, 1 1 'of the first annular channel 10 are assigned in the dargestellen embodiment, two diffuser passages.
  • the pressure compensation openings 7, 7 ' are not an integral part of the first annular channel 10.
  • the release agent 13 may be formed, for example, as partitions.
  • the individual partitions 13 are located on the side of the diffuser 1 facing away from the flow.
  • the subdivision of the first annular channel 10 into individual sub-channel regions which are independent of each other in terms of flow can contribute to increased stability and an improvement in the efficiency of the diffuser 1.
  • the individual sub-channel regions 1 1, 1 1 'within the first annular channel 10 can be produced, for example, by so-called additive manufacturing methods.
  • FIG. 4 shows in plan view a further embodiment of the diffuser 1 according to the invention.
  • FIG. 4 shows the diffuser plate 12 of the diffuser 1.
  • a number of pressure equalization holes 7, 7 ', 7 "incorporated, each of which fluidly connect the narrowest flow cross-sections of the diffuser 1 with the annular channel 10, wherein the first annular channel 10 behind the pressure equalization openings 7, 7', 7" is arranged The embodiment of the diffuser 1 shown in FIG. 4 differs from the embodiment shown in FIG.
  • each of the individual sub-channel regions 11, 11 ' has three pressure-equalizing openings 7, 7', 7 "with the three blades 6, 6 '. , 6 "includes.
  • the partial channel region 11 of the first annular channel 10 is provided with corresponding reference numerals in FIG.
  • embodiments can also be implemented in which more than three blades share a part-channel region of the first annular channel 10 by appropriate separation.
  • the directional vector 52 exemplarily shows the main flow direction of the fluid in a diffuser passage formed by the blade 6 and the blade 6 '.
  • Figure 5 shows a further embodiment of the inventive diffuser 1 with a diffuser plate 12 of the diffuser 1 in plan view.
  • the diffuser plate 12 of FIG. 5 shown in this embodiment is identical in principle to the embodiment of the diffuser 1 shown in FIG.
  • the embodiment of Figure 5 differs from the embodiment of Figure 3 only in that in the diffuser plate 12 of Figure 5 in addition to a first annular channel 10, a second annular channel 20 is provided.
  • the second annular channel 20 in the diffuser plate 12 has the task of fluidly connecting the diffuser passages of non-adjacent blades.
  • the annular channel 20 connects the blades of the sub-channel region 1 1 with the blades of the sub-channel region 1 1 "
  • second annular channel 20 can be incorporated in the diffuser plate 12, in which also the first annular channel 10 is incorporated
  • the second annular channel 20 can be incorporated in a separate wall, which is arranged behind the diffuser plate 12, when the diffuser plate 12 has pressure equalization openings.
  • the second annular channel 20 in one of the side walls 3, 4 with pressure equalization openings 7, 7 'of the diffuser channel section 2 or in the third side wall 15, which is located behind one of the side walls 3, 4 with pressure equalization openings 7, 7' incorporated
  • This way can beispielswei se two diffuser passages fluidly with each other connect, wherein the two diffuser passages are not arranged directly adjacent to each other and adjacent.
  • a diffuser passage comprising the pressure equalization port 7
  • a diffuser passage which includes the pressure equalization port 7 "', thus allowing pressure equalization between vanes and diffuser passages, respectively, of non-adjacent subchannel areas
  • more than two annular channels can be incorporated in the diffuser 1.
  • FIG. 6 shows a detail of a diffuser plate 12 with examples of possible orientations of pressure equalization openings in a diffuser passage between two adjacent blades 6, 6 '.
  • the embodiment of FIG. 6 differs from the embodiments of FIGS. 3, 4 and 5 only in that the pressure equalization openings 7-1 and 7-2 illustrated by way of example in FIG. 6 have different orientations within a diffuser passage of two adjacent diffuser vanes 6, 6 ' the diffuser plate 12 or positions can take.
  • Each of the blades 6, 6 'of FIG. 6 comprises in each case a pressure side 22 and a suction side 23.
  • the pressure side 22 and the suction side 23 of each blade 6, 6' are characterized by a blade inlet edge 8 and a blade outlet edge 8 'of the respective blade 6, 6 'limited.
  • the pressure compensation opening 7-1 located in the diffuser passage between the blade 6 and the blade 6 ' is arranged or aligned such that, for example, the pressure compensation opening 7-1 between the pressure side 22 of the blade 6 and the suction side 23 of the adjacent blade 6 'of the blade ring 5 is arranged.
  • a plurality of pressure equalization openings are arranged within a diffuser passage, wherein the position and the position of the plurality of pressure equalization openings within the diffuser passage may be different from each other.
  • FIG. 7 shows an example of an orientation or a possible position of a pressure compensation opening 7, 7 'within a diffuser plate 12 and with respect to the main flow direction 52 of the fluid in the diffuser duct section 2.
  • the diffuser duct section is formed by the side wall 3 and the Sidewall 4 is formed, wherein the side wall 4 is a part of the diffuser plate 12.
  • the pressure compensation opening 7, 7 ' is incorporated in the embodiment of Figure 7 in the diffuser plate 12 and is connected to the first annular channel 10.
  • the flow direction of the fluid in the diffuser channel section 2 which is represented by a vector 52, is additionally shown in FIG.
  • the orientation of the pressure compensation opening shown in FIG 7, 7 ', which is incorporated in the side wall 4 of the diffuser channel section 2, is determined by a setting angle 54, which is defined as the angle of attack 54 of the pressure compensation opening 7, 7' to the surface of the side wall 4 facing the difffusor channel section 2.
  • the angle of attack 54 in the embodiment of FIG. 7 may preferably be in a range between greater than 0 degrees and approximately less than 180 degrees in order to reduce fluid losses in the diffuser channel section 2.
  • the turbocharger arrangement 150 comprises a diffuser 2, which is fluidically connected to a first annular channel 10 via pressure equalization openings 7, 7 '(not shown).
  • the diffuser 2 is connected to a compressor wheel 101, the compressor wheel 101 being driven by a turbine 151 via a shaft 153.
  • the diffuser 2 and the compressor 101 are components of a radial compressor 100.
  • the first annular channel 10 is connected via a connecting channel 30 with a Druckplenum 31, which is also referred to as Ringkanalplenum.
  • a fluid is passed as a rinsing agent or as a rinsing medium, which is preferably designed as purge air and which, however, also or in addition to cooling is used.
  • the fluid in the embodiment of FIG. 8 is provided by a fluid source 35.
  • This fluid source 35 which may also be referred to as a pressure source, may preferably be designed as a charge air cooler.
  • the charge air cooler is fed by the centrifugal compressor 100 with compressed air and cools the compressed air of the centrifugal compressor 100 to a certain temperature before it is supplied to a motor (not shown).
  • the fluid formed as a flushing agent from the charge air cooler is then fed to the pressure plenum 31.
  • the pressure plenum 31 is additionally connected in the illustrated embodiment of Figure 8 via a channel 154 to the compressor 101, so that a portion of the detergent from the intercooler 35 can also be used to cool the compressor 101. In this way, a Ver Whyrradkühlung be realized.
  • the first annular channel 10 is rinsed with the rinsing agent from the fluid source 35, wherein the rinsing agent in the Druckplenum 31 can be stored.
  • the connecting channel 30 is preferably formed as a bore with a defined diameter. However, the connecting channel 30 need not necessarily be formed as a hole with a certain diameter D, but may also be formed as a polygonal or otherwise shaped passage. Alternatively, the connection channel 30 may also be formed from a number of individual passages.
  • the geometric configuration of the connecting channel 30 is important insofar as it determines the pressure at which the flushing agent is conducted through the connecting channel 30 into the first annular channel 10.
  • the pressure in the first annular channel 10 should be minimally higher in absolute value than a pressure which is formed in the diffuser channel section 2, so that a intended pressure equalization in the first annular channel 10 is not affected.
  • the flushing agent conveyed into the first annular channel 10 with a specific set pressure, it is achieved that the first annular channel 10 is flushed by flushing agent.
  • the flushing prevents contamination of the first annular channel 10 and a blockage of the pressure compensation openings 7, 7 ', 7 ", 7"' by deposits of oil-containing particles, as they may contain the air from the diffuser channel section 2 before.
  • a defined pressure should already be formed in the fluid source 35 and in the pressure plenum 31, which is greater in magnitude than a pressure in the first annular channel 10 and a pressure in the diffuser 2
  • the pressure in the fluid source 35 should be greater in magnitude than a pressure in the pressure plenum 31 and a pressure in the annular channel 10 and a pressure in the diffuser duct section 2.
  • the fluid source 35 can also be designed as a compressed air network.
  • the fluid source 35 can also consist of a plurality of fluid sources which provide fluid for the pressure plenum 31.
  • a filtering system 39 may be provided which is installed between the pressure plenum 31 and the fluid source 35 to purify the flushing agent or fluid.
  • the fluid from the fluid source 35 can be used to also flush a second annular channel next to the first annular channel 10 when a corresponding connection between the pressure plenum 31 and the second annular channel is established (not shown).
  • FIG. 9 shows a diffuser 2 with blading and Druckplenum 31 for a centrifugal compressor.
  • the embodiment of FIG. 9 differs from the embodiment of FIG. 1 in that the first annular channel 10 is connected to a pressure plenum 31 via a connecting channel 30.
  • a fluid is introduced under pressure via the connecting channel 30 into the first annular channel 10.
  • the effect is achieved that the first annular channel 10 is flushed with the fluid designed as a rinsing agent from the fluid source 35 to loosen deposits and particulate residues in the annular channel 10 and in the pressure compensation openings 7, 7 ', 7 ", 7"' or prevent.
  • a compressor wheel cooling for cooling the compressor wheel 101 is additionally realized by passing the fluid from the pressure plenum 31 via a connecting channel 154 to the compressor wheel 101.

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Abstract

Der Diffusor (1) für einen Radialverdichter (100) umfasst: - einen Diffusorkanalabschnitt (2), welcher von einer ersten Seitenwand (3) und einer zweiten Seitenwand (4) gebildet wird, wobei die erste Seitenwand (3) und die zweite Seitenwand (4) in Strömungsrichtung zumindest teilweise zueinander divergent angeordnet sind, - einen Schaufelkranz (5) mit einer Anzahl von Schaufeln (6, 6'), wobei die Schaufeln (6, 6') zumindest teilweise im Diffusorkanalabschnitt (2) angeordnet sind, wobei jede der Schaufeln (6, 6') eine Druckseite (22) und eine Saugseite (23) aufweist, und wobei die Druckseite (22) und die Saugseite (23) einer jeden Schaufel (6, 6') von einer Schaufeleintrittskante (8) und von einer Schaufelaustrittskante (8') dieser Schaufel (6, 6') begrenzt werden, - eine Anzahl von Druckausgleichsöffnungen (7, 7'), welche in zumindest eine der beiden Seitenwände (3, 4) des Diffusorkanalabschnitts (2) eingearbeitet sind, wobei jede der Anzahl von Druckausgleichsöffnungen (7, 7') zwischen der Druckseite (22) einer Schaufel (6) und der Saugseite (23) der benachbarten Schaufel (6') des Schaufelkranzes (5) angeordnet ist, - einen ersten Ringkanal (10), welcher hinter den Druckausgleichsöffnungen (7, 7') angeordnet ist, wobei der erste Ringkanal (10) mit dem Diffusorkanalabschnitt (2) über mindestens zwei der Druckausgleichsöffnungen (7, 7') fluidisch verbunden ist, wodurch eine Anzahl von Diffusorpassagen des Diffusors (1) miteinander fluidisch verbindbar sind, wobei als Diffusorpassage ein Bereich zwischen zwei benachbarten Schaufeln (6, 6') des Schaufelkranzes (5) im Diffusorkanalabschnitt (2) bezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ringkanal (10) über einen Verbindungskanal (30) mit einem Druckplenum (31) verbindbar ist, wodurch ein Fluid aus dem Druckplenum (31) in den ersten Ringkanal (10) strömen kann, damit der erste Ringkanal (10) mit dem Fluid gespült wird.

Description

Diffusor für einen Radialverdichter
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Diffusor für einen Radialverdichter. Die Bezeichnung Radialverdichter umfasst im Folgenden auch sogenannte Mixed-Flow-Verdichter mit einer axialen Zuströmung und einer radialen Abströmung des Verdichterlaufrades. Der Anwendungsbereich dere vorliegenden Erfindung erstreckt sich zudem auch auf Verdichter mit einer rein radialen oder diagonalen Zu- oder Abströmung des Verdichterlaufrades. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Diffusor für einen Radialverdichter, wobei der Radialverdichter in einem Turbolader einsetzbar ist, und wobei der Turbolader eine Axialturbine oder eine Radial- oder eine sogenannte Mixed Flow-Turbine aufweisen kann. STAND DER TECHNIK
Aus dem Stand der Technik sind Diffusoren für den Einsatz in Radialverdichtern für Turboladeranwendungen bekannt. In einem Radialverdichter wird zunächst über ein dem Diffusor vorgeschaltetes Verdichterrad ein Fluid (z.B. Luft) axial angesaugt und im Verdichterrad beschleunigt und vorverdichtet. Dem Fluid wird dabei Energie zugeführt, die in Form von Druck, Temperatur, und kinetischer Energie vorliegt. Am Austritt des Verdichterrades herrschen hohe Strömungsgeschwindigkeiten. Die beschleunigte, verdichtete Luft verlässt das Verdichterrad tangential in Richtung des Diffusors. Im Diffusor wird die kinetische Energie der beschleunigten Luft in Druck umgesetzt. Dies geschieht durch eine Verzögerung der Strömung im Diffusor. Durch radiale Aufweitung wird Strömungsquerschnitts des Diffusors vergrössert. Das Fluid wird damit verzögert und Druck wird aufgebaut. Um in einem Turbolader mit Radialverdichter möglichst hohe Druckverhältnisse zu erreichen, können die darin verwendeten Diffusoren mit einer Beschaufelung versehen werden. Ein Beispiel für einen beschaufelten Diffusor zeigt die DE102008044505. Die aus dem Stand der Technik bekannten Diffusoren mit Beschaufelung sind im allgemeinen als radiale parallelwandige Diffusoren mit Beschaufelung ausgebildet, wie zum Beispiel in der US4131389 gezeigt. Um bei gegebenem Gesamtdruckverhältnis einen höheren Verdichterwirkungsgrad zu erreichen, kann die Strömung im Diffusor stärker verzögert werden. Die Strömungsgeschwindigkeiten in der Spirale werden dadurch reduziert, wodurch die Wandreibungsverluste abnehmen und der Wirkungsgrad der Verdichterstufe verbessert wird. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass der Einsatz von Diffusoren mit radialer Seitenwanddivergenz eine stärkere Verzögerung bei gleicher Baulänge gegenüber parallelwandigen Diffusoren erlaubt.
Die im Diffusor durch Geometrievariation erreichbare Verzögerung bzw. Druckerhöhung für einen gegebenen Betriebspunkt ist jedoch begrenzt, da es bei zu starker Verzögerung zu Strömungsinstabilitäten aufgrund von Grenzschichtablösungen im Diffusor kommt. Die Grenzen des stabilen Betriebsbereichs des Diffusors bestimmen damit die Lage der Pumpgrenze des Verdichters im Verdichterkennfeld. Wird anstelle eines parallelwandigen Diffusors also ein Diffusor mit Seitenwanddivergenz eingesetzt - ein solcher Diffusor ist zum Beispiel in der WO 2012/1 16880 A1 beschrieben - so erhöht sich zwar der Wirkungsgrad bei gleichen Verdichterdruckverhältnissen, gleichzeitig verschiebt sich jedoch für ein gegebenes Verdichterdruckverhältnis die Pumpgrenze gegenüber dem Verdichter mit parallelwandigem Diffusor zu grösseren Massenströmen. Dieser Effekt ist unerwünscht. Die Verdichter- Kennfeldbreite wird dadurch reduziert und die Verwendbarkeit der Verdichterstufe für Anwednungen im Turbolader wird dadurch eingeschränkt. Eine Lösung besteht darin, einen Diffusorkanalabschnitt eines beschaufelten Diffusors über Druckausgleichsöffnungen mit einem Ringkanal fluidisch zu verbinden, um einen Druckausgleich zwischen einzelnen Diffusorpassagen des Diffusors, welche von benachbarten Diffusorschaufeln gebildet werden, zu ermöglichen. Jedoch kann bei dieser Lösung unter Verwendung von Druckausgleichsöffnungen das Problem entstehen, dass der Ringkanal und / oder die einzelnen Druckausgleichsöffnungen verstopfen, beispielsweise aufgrund von Rückständen und Ablagerungen aus einer Verdichterreinigung oder durch Partikel, welche sich in ölhaltiger Ansaugluft befinden. Dies hat negativen Einfluss auf die Pumpgrenze des Verdichters und kann im Extremfall dazu führen, dass ein an den Diffusor angeschlossener Motor nicht mehr betrieben werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen beschaufelten Diffusor mit radialer Seitenwandivergenz für Radialverdichter derart weiterzubilden, dass der Wirkungsgrad gegenüber parallwandigen Diffusoren verbessert wird und gleichzeitig die Strömung im Diffusor stabilisiert wird, um das Pumpverhalten des Verdichters zu verbessern. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, frühzeitige Grenzschichtablösungen an den Diffusorschaufeln und an den Seitenwänden des Diffusors in einzelnen Diffusorpassagen infolge zu starker Verzögerungen zu vermeiden oder zu verringern. Ausserdem besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, sicherzustellen, dass der Diffusor auch bei möglichen Verunreinigungen aufgrund von Ablagerungen und Rückständen aus ölhaltiger Ansaugluft aus dem Verdichter in seiner Funktionsweise nicht beeinträchtigt wird.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch einen Diffusor für einen Radialverdichter gelöst, wobei der Diffusor einen Diffusorkanalabschnitt umfasst, welcher von einer ersten Seitenwand und einer zweiten Seitenwand gebildet wird, wobei die erste Seitenwand und die zweite Seitenwand in Strömungsrichtung zumindest teilweise zueinander divergent angeordnet sind. Weiterhin umfasst der Diffusor einen Schaufelkranz mit einer Anzahl von Schaufeln, wobei die Schaufeln zumindest teilweise im Diffusorkanalabschnitt angeordnet sind, wobei jede der Schaufeln eine Druckseite und eine Saugseite aufweist, und wobei
die Druckseite und die Saugseite einer jeden Schaufel von einer Schaufeleintrittskante und von einer Schaufelaustrittskante dieser Schaufel begrenzt werden. Weiterhin umfasst der Diffusor eine Anzahl von Druckausgleichsöffnungen, welche in zumindest eine der beiden Seitenwände des Diffusorkanalabschnitts eingearbeitet sind, wobei jede der Anzahl von Druckausgleichsöffnungen zwischen der Druckseite einer Schaufel und der Saugseite der benachbarten Schaufel des Schaufelkranzes angeordnet ist. Weiterhin umfasst der Diffusor einen ersten Ringkanal, welcher hinter den Druckausgleichsöffnungen angeordnet ist, wobei der erste Ringkanal mit dem Diffusorkanalabschnitt über mindestens zwei der Druckausgleichsöffnungen fluidisch verbunden ist, wodurch eine Anzahl von Diffusorpassagen des Diffusors miteinander fluidisch verbindbar sind, wobei als Diffusorpassage ein Bereich zwischen zwei benachbarten Schaufeln des Schaufelkranzes im Diffusorkanalabschnitt bezeichnet wird, wobei der erste Ringkanal über einen Verbindungskanal mit einem Druckplenum verbindbar ist, wodurch ein Fluid aus dem Druckplenum in den ersten Ringkanal strömen kann, damit der erste Ringkanal mit dem Fluid gespült wird.
Der der Erfindung zugrunde liegende Kerngedanke besteht darin, dass bei einem Diffusor mit Seitenwanddivergenz, der beschaufelte Diffusorkanalabschnitt des Diffusors über Druckausgleichsöffnungen verfügt, welche in zumindest in eine der beiden Seitenwände des Diffusorkanalabschnitts eingearbeitet sind, und wobei der Diffusorkanalabschnitt des Diffusors mit einem ersten Ringkanal fluidisch verbunden ist und wobei der erste Ringkanal über einen Verbindungskanal mit einem Druckplenum verbindbar ist, wodurch ein Fluid aus dem Druckplenum in den ersten Ringkanal strömen kann, damit der erste Ringkanal mit dem Fluid gespült wird.
Dies bewirkt den Vorteil, dass über das als Spülmedium ausgebildete Fluid, welches aus dem Druckplenum in den ersten Ringkanal strömt, um den Ringkanal mit Fluid zu spülen, mögliche Ablagerungen und Rückstände aus Verkokung durch ölhaltige Ansaugluft, welche den Ringkanal und die Druckausgleichsöffnungen verstopfen könnte, aus dem Ringkanal und damit auch aus den Druckausgleichsöffnungen gespült werden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Druckausgleichsöffnungen durch Ablagerungen verschlossen werden und das Volumen des Ringkanals stark reduziert wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass im Ringkanal ein Druckausgleich stattfinden kann, welcher einer Strömungsablösung bei den Diffusorschaufeln im beschaufelten Diffusorkanalabschnitt aufgrund zu starker Strömungsverzögerungen entgegenwirkt und eine Strömungsablösung damit ausgleicht. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch den Druckausgleich, welcher im Ringkanal erfolgt, zugleich auch ein Druckausgleich zwischen den einzelnen Passagen des Diffusors im Diffusorkanalabschnitt stattfindet, was wiederum zu einer Reduktion der ungleichmässigen Belastung von einzelnen Diffusorpassagen im Diffusorkanalabschnitt führt. Eine Diffusorpassage wird dabei definiert als ein Raum oder ein Abschnitt zwischen zwei benachbarten Diffusorschaufeln. Ungleichmässige Belastungen von einzelnen Diffusorpassagen im Diffusorkanalabschnitt entstehen beispielsweise durch Asymmetrien von Verdichtergehäuse und Luftsaugstutzen des Verdichters und das dadurch hervorgerufene nicht rotationssymmetrische Druckfeld im Abströmbereich des Diffusors, Fertigungs und Einbautoleranzen sowie durch instationäre Strömungseffekte. Der Druckausgleich ermöglicht es, beginnende Instabilitäten in einzelnen Diffusorpassagen auszugleichen, indem die Stabilitätsreserven von anderen, noch stabil laufenden Diffusorpassagen genutzt werden. Dadurch wird der stabile Arbeitsbereich des Diffusors und des Verdichters insgesamt soweit erweitert, bis alle Diffusorpassagen in den Bereich der instabilen Strömung kommen. Die Folge davon ist, dass sich die Pumpgrenze des Verdichters zu geringeren Volumenströmen hin verschiebt und sich der nutzbare Bereich des Verdichterkennfelds vergrössert. BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Druckplenum mit einer Fluidquelle verbunden, wobei die Fluidquelle ausgebildet ist, Fluid für das Druckplenum bereitzustellen.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Fluidquelle als ein Ladeluftkühler ausgebildet, wobei der Ladeluftkühler ausgebildet ist, Fluid bereitzustellen, und wobei das Fluid aus dem Ladeluftkühler in das Druckplenum einleitbar ist.
Hierbei soll angemerkt werden, dass das Fluid aus dem Ladeluftkühler, welches beispielsweise als Spülmedium ausgebildet ist, auch beziehungsweise zusätzlich zur Kühlung eines Verdichterrads des Radialverdichters verwendbar ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zwischen dem Druckplenum und der Fluidquelle ein Filtersystem zur Reinigung des Fluids installiert.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Turboladeranordnung vorgesehen, welche einen Diffusor umfasst.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Ringkanal in einer der beiden Seitenwände des Diffusorkanalabschnitts eingearbeitet.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Anzahl von Druckausgleichsöffnungen, welche in zumindest eine der beiden Seitenwände des Diffusorkanalabschnitts eingearbeitet sind, in einem Bereich der jeweiligen Seitenwand angeordnet sind, in welchem die erste Seitenwand und zweite Seitenwand in Strömungsrichtung zumindest teilweise zueinander divergent angeordnet sind.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Druckausgleichsöffnungen jeweils als Bohrung oder/und als Schlitz ausgebildet. Alternativ könnte eine Druckausgleichsöffnung jedoch auch aus mehreren einzelnen Bohrungen oder Schlitzen ausgebildet sein.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Ausrichtung jeder der Druckausgleichsöffnungen in der jeweiligen Seitenwand des Diffusorkanalabschnitts durch einen Anstellwinkel bestimmt wird, der als der Anstellwinkel der jeweiligen Druckausgleichsöffnung zu der dem Difffusorkanalabschnitt zugewandten Fläche dieser Seitenwand definiert ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Ringkanal durch Trennmittel in eine Anzahl von einzelnen, gegeneinander abgetrennte Teilkanalbereiche des ersten Ringkanals unterteilt. Auf diese Weise kann ein Druckausgleich zwischen Diffusorpassagen innerhalb eines Teilkanalbereichs lokal begrenzt werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst jeder Teilkanalbereich des ersten Ringkanals mindestens zwei Druckausgleichsöffnungen. Hierbei ist jedoch allgemein zu beachten, dass die Druckausgleichsöffnungen nicht integraler Bestandteil des Ringkanals sein müssen.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in einer der Seitenwände mit Druckausgleichsöffnungen des Diffusorkanalabschnitts, mindestens ein zweiter Ringkanal eingearbeitet, wodurch die Diffusorpassagen von zwei nicht benachbarten Schaufeln des Schaufelkranzes fluidisch miteinander verbindbar sind.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste oder zweite Seitenwand des Diffusorkanalabschnitts als eine Diffusorplatte ausgebildet, wobei in der Diffusorplatte die Anzahl der Druckausgleichsöffnungen und mindestens ein Ringkanal eingearbeitet sind. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Radialverdichter mit einem Diffusor. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
Fig. 1 zeigt einen Diffusor mit Beschaufelung für einen Radialverdichter gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt einen Teilausschnitt eines Diffusors mit Beschaufelung für einen Radialverdichter gemäss einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt eine Diffusorplatte mit Druckausgleichsöffnungen und mit einer Anzahl voneinander abgetrennter Teilkanalbereiche gemäss einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 zeigt eine Diffusorplatte mit Druckausgleichsöffnungen und mit einer Anzahl voneinander abgetrennter Teilkanalbereiche gemäss einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 zeigt eine Diffusorplatte mit Druckausgleichsöffnungen und einer Verbindung von nicht benachbarten Diffusorpassagen gemäss einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt einer Diffusorplatte mit Beispielen für mögliche Ausrichtungen von Druckausgleichsöffnungen zwischen benachbarten Schaufeln in einer Diffusorpassage; Fig. 7 zeigt ein Beispiel für eine Ausrichtung einer Druckausgleichsöffnung in einer Diffusorplatte;
Fig. 8 zeigt einen beschaufelten Diffusor für einen Radialverdichter mit Ringkanal und Druckplenum für einen Radialverdichter zur Anwendung in einer Turboladeranordnung gemäss einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 zeigt in einer alternativen schematischen Abbildung einen beschaufelten Diffusor mit Ringkanal und Druckplenum für einen Radialverdichter gemäss einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile identische Bezugszeichen verwendet. AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 zeigt einen Diffusor 1 mit Beschaufelung für einen Radialverdichter 100 gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Diffusor 1 umfasst einen Diffusorkanalabschnitt 2, welcher von einer ersten Seitenwand 3 und einer zweiten Seitenwand 4 gebildet wird. Der Diffusorkanalabschnitt 2 erstreckt sich vom Verdichterrad bis zum Eintritt in die Verdichterspirale (nicht dargestellt). Die erste Seitenwand 3 und die zweite Seitenwand 4 sind in Strömungsrichtung zumindest teilweise zueinander divergent angeordnet. Der Diffusor 1 umfasst in der Figur 1 einen Schaufelkranz 5 mit einer Anzahl von einzelnen Schaufeln 6, 6', wobei die Schaufeln 6, 6' zumindest teilweise im Diffusorkanalabschnitt 2 angeordnet sind. Dies bedeutet, dass es in dem Diffusor 1 sowohl beschaufelte als auch unbeschaufelte Bereiche innerhalb des Diffusorkanalabschnitts 2 geben kann. In der Ausführungsform der Figur 1 sind in der zweiten Seitenwand 4 eine Anzahl von Druckausgleichsöffnungen 7, 7' eingearbeitet, wobei in der Seitenansicht der Figur 1 nur eine Druckausgleichsöffnung 7, 7' dargestellt ist. Die zweite Seitenwand 4 des Diffusors 1 befindet sich in der Ausführungsform der Figur 1 auf einer einem Turbinenrad (nicht dargestellt) zugewandten Seite, wobei das Turbinenrad ein Bestandteil einer Turboladeranordnung ist (nicht dargestellt), welche auch den Radialverdichter 100 umfasst. Der Diffusor 1 umfasst einen ersten Ringkanal 10, welcher hinter beziehungsweise nach den Druckausgleichsöffnungen 7, 7' angeordnet ist. Der erste Ringkanal 10 ist dabei als ein im wesentlichen ringförmiger durchgehender Kanal ausgebildet, welcher auch als ein offener Kanal bezeichnet werden kann. Der Druckausgleich erfolgt bei dem offenen Kanal also über dessen gesamten Umfang. Durch den Druckausgleich wird erreicht, dass die Strömung zwischen den Diffusorpassagen im Diffusorkanalabschnitt 2 stabilisiert wird, indem Stabilitätsreserven von benachbarten oder nicht benachbarten Diffusorpassagen genutzt werden können, um die Strömung in einzelnen Diffusorpassagen zu stabilisieren, welche bereits im instabilen Bereich betrieben werden. Als Diffusorpassage wird ein Raum oder ein Bereich oder ein Abschnitt zwischen zwei benachbarten Diffusorschaufeln bezeichnet.
Der erste Ringkanal 10 kann als ein Bestandteil der Seitenwand 3, 4 direkt in eine oder in beide der Seitenwände 3, 4 integriert sein, sofern sichergestellt ist, dass der Ringkanal 10 stets hinter den Druckausgleichsöffnungen 7, 7' installiert ist. Möglich wäre jedoch auch eine Ausführungsform, in welcher in jeder der Seitenwände 3, 4 jeweils ein Ringkanal installiert ist, welcher über Druckausgleichsöffnungen 7, 7' mit dem Diffusorkanalabschnitt 2 fluidisch verbunden ist (nicht dargestellt).
In der Ausführungsform der Figur 1 ist der erste Ringkanal 10 in einer dritten Seitenwand 15 eingearbeitet, wobei die dritte Seitenwand 15 hinter beziehungsweise nach der zweiten Seitenwand 4 des Diffusorkanalabschnitts 2 angeordnet ist und wobei in der zweiten Seitenwand 4 die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' eingearbeitet sind. Die dritte Seitenwand 15 kann dabei auch als eine sogenannte Zwischenwand ausgebildet sein, welche zwischen der Verdichterseite und der Turbinenseite einer Turboladeranordnung angeordnet ist.
Jedoch könnte der Ringkanal 10 und damit auch die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' auch ein Bestandteil der zweiten Seitenwand 4 beziehungsweise der ersten Seitenwand 3 des Diffusorkanalabschnitts 2 sein (nicht dargestellt), so dass die dritte Seitenwand 15 entfallen würde. Die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' und der erste Ringkanal 10 wären dann in einem einstückgefertigten Bauteil eingearbeitet, wobei eine Fläche dieses Bauteils die erste Seitenwand 3 oder die zweite Seitenwand 4 bilden würde. Auch in dieser Ausführungsform wäre der Ringkanal 10 jedoch hinter den Druckausgleichsöffnungen 7, 7' angeordnet, so dass sichergestellt ist, dass der Ringkanal 10 über die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' mit dem Diffusorkanalabschnitt 2 fluidisch verbunden ist und wodurch zugleich erreicht wird, dass die Anzahl der Strömungsquerschnitte des Diffusors 1 miteinander fluidisch verbunden sind. In der Ausführungsform der Figur 1 ist es sinnvoll, dass der Ringkanal 10 über mindestens zwei der Druckausgleichsöffnungen 7, 7' mit dem Diffusorkanalabschnitt 2 fluidisch verbunden ist. Jede der Druckausgleichsöffnungen 7, 7', welche in zumindest eine der beiden Seitenwände 3, 4 des Diffusorkanalabschnitts 2 eingearbeitet sind, sind in der gezeigten Ausführungsform der Figur 1 in einem Bereich der jeweiligen Seitenwand 3, 4 angeordnet, in welchem die erste Seitenwand 3 und zweite Seitenwand 4 in Strömungsrichtung zumindest teilweise zueinander divergent angeordnet sind. Jedoch können die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' auch ausserhalb des Bereichs des Diffusorkanalabschnitts 2 angeordnet sein, in welchem die erste Seitenwand 3 und zweite Seitenwand 4 in Strömungsrichtung zumindest teilweise zueinander divergent angeordnet sind
Die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' können dabei jeweils als eine Bohrung und/oder als Schlitz ausgebildet sein. Alternativ könnte sich eine Druckausgleichsöffnung jedoch auch aus einer Mehrzahl von Oeffnungen zusammensetzen, also beispielsweise aus einer Mehrzahl von einzelnen Bohrungen oder Schlitzen oder eine Kombination von beiden Formen. Jedoch wäre auch eine andere Form der Druckausgleichsöffnung im Diffusor 1 realisierbar. In der Figur 1 sind die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' zudem im beschaufelten Diffusorkanalabschnitt 2 des Diffusors 1 angeordnet. Damit lässt sich der Vorteil erzielen, dass Strömungsablösungen in diesem Bereich - dem beschaufelten Diffusorbereich - infolge zu starker Verzögerungen ausgeglichen werden. Alternativ oder zusätzlich könnten die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' jedoch auch in einem unbeschaufelten Diffusorkanalabschnitt 2 angeordnet sein, dass heisst, dass eine Anzahl von einzelnen Druckausgleichsöffnungen 7, 7' in zumindest eine der beiden Seitenwände 3, 4 eingearbeitet sind und wobei in diesem Bereich des Diffusorkanalabschnitts 2, der von den beiden Seitenwänden 3, 4 gebildet wird, keine Diffusorschaufeln 6, 6' angeordnet sind. In der Ausführungsform der Figur 1 umfasst der Radialverdichter 100 mit dem erfindungsgemässen Diffusor 1 ausserdem ein Verdichterrad 40, ein Verdichtergehäuse 42 und ein Lagergehäuse 44. Zusätzliche oder weitere Bestandteile des Verdichters sind in der Figur aus Gründen der Uebersichtlichkeit jedoch nicht dargestellt. Figur 2 zeigt eine Profilansicht eines Teilausschnitts eines Diffusors 1 mit Beschaufelung für einen Radialverdichter 100 gemäss einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Figur 2 zeigt dabei einen Diffusor 1 , welcher im Diffusorkanalabschnitt 2 eine Anzahl von Diffusorschaufeln 6, 6' des Schaufelkranzes 5 (nicht vollständig in Figur 2 dargestellt) umfasst. In der Ansicht der Figur 2 ist lediglich die zweite Seitenwand 4 des Diffusors 1 dargestellt. In der zweiten Seitenwand 4 sind Druckausgleichsöffnungen 7, 7' eingearbeitet, wobei in der Figur 2 in der Profilansicht nur eine Druckausgleichsöffnung dargestellt ist. In der Seitenwand 4 ist direkt hinter der Druckausgleichsöffnung 7, 7' ein Ringkanal 10 angeordnet. Der Ringkanal 10 ist also in der gezeigten Ausführungsform der Figur 2 Bestandteil der zweiten Seitenwand 4. Der Ringkanal 10 ermöglicht einen Druckausgleich zwischen einzelnen Diffusorschaufeln 6, 6', welche zumindesten teilweise innerhalb des seitenwanddivergenten Diffusorkanalabschnitts 2 angeordnet sind. Dadurch kann eine Strömungsablösung auf den einzelnen Diffusorschaufeln 6, 6' des Schaufelkranzes 5 des Diffusors 1 ausgeglichen werden. Strömungsablösungen treten bei Annäherung zur Pumpgrenze des Diffusors 1 zunächst in einzelnen stark belasteten Diffusorpassagen, also in Bereichen von zwei benachbarten Diffusorschaufeln 6, 6', auf, welche, bedingt durch Asymmetrien wie etwa im Verdichtergehäuse, ungleichmässig belastet werden. Die dargestellte Druckausgleichsöffnung 7, 7' der Figur 2 verbindet den ersten Ringkanal 10 mit den Strömungsquerschnitten des Diffusors 1 .
Die zweite Seitenwand 4 des Diffusors 1 ist in der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform des Diffusors 1 Bestandteil einer Diffusorplatte 12. Die Diffusorplatte 12 umfasst die einzelnen Druckausgleichsöffnungen 7, 7' sowie den ersten Ringkanal 10, wobei der erste Ringkanal 10 hinter den Druckausgleichsöffnungen 7, 7' angeordnet ist.
Figur 3 zeigt in Draufsicht einen Diffusor 1 . Der Diffusor 1 umfasst eine Diffusorplatte 12. Die Diffusorplatte 12 umfasst eine Anzahl von Druckausgleichsöffnungen 7, 7', welche jeweils die Strömungsquerschnitte des Diffusors 1 mit einem ersten Ringkanal 10 fluidisch verbinden. Der erste Ringkanal 10 ist hinter den Druckausgleichsöffnungen 7, 7' angeordnet. Der erste Ringkanal 10 ist, wie in der Figur 3 gezeigt, als ein sogenannter durchgehender Ringraum ausgebildet. Der erste Ringkanal 10 kann dabei, wie bereits in der Figur 1 und der Figur 2 dargestellt, entweder direkt in der Diffusorplatte 12 integriert sein, oder alternativ, in einer separaten Wand eingearbeitet sein, wobei die separate Wand hinter der Diffusorplatte 12 angeordnet ist. Jede der Druckausgleichsöffnungen 7, 7' der in Figur 3 dargestellten Diffusorplatte 12 ist zwischen zwei benachbarten Schaufeln 6, 6' angeordnet. Jede der Schaufeln 6, 6' umfasst eine Druckseite 22 und eine Saugseite 23, wobei die Druckseite 22 und die Saugseite 23 einer jeden Schaufel 6, 6' von einer Schaufeleintrittskante 8 und von einer Schaufelaustrittskante 8' dieser Schaufel 6, 6' begrenzt werden. So umfasst beispielsweise die Schaufel 6' in der Figur 3 eine Schaufeleintrittskante 8 und eine Schaufelaustrittskante 8', welche jeweils die Druckseite 22 und die Saugseite 23 dieser Schaufel 6' begrenzen. Jede der Anzahl von Druckausgleichsöffnungen 7, 7' ist zwischen der Druckseite 22 einer Schaufel 6 und der Saugseite 23 der benachbarten Schaufel 6' des Schaufelkranzes 5 angeordnet ist. So ist beispielsweise die in der Figur 3 in der Diffusorpassage zwischen der Schaufel 6 und der Schaufel 6' liegende Druckausgleichsöffnung 7 derart angeordnet, dass diese zwischen der Druckseite 22 der Schaufel 6 und der Saugseite 23 der benachbarten Schaufel 6' des Schaufelkranzes 5 angeordnet ist.
Die einzelnen Druckausgleichsöffnungen 7, 7' sind in der Figur 3 als Schlitze ausgebildet. Alternativ können die einzelnen Druckausgleichsöffnungen 7, 7' jeweils als Bohrung oder/und Schlitz ausgebildet sein. Denkbar wäre es jedoch, auch mehrere Bohrungen oder Schlitze vorzusehen, welche dann jeweils eine Druckausgleichsöffnung 7, 7' bilden.
In der dargestellten Ausführungsform des Diffusors 1 der Figur 3 ist der erste Ringkanal 10 durch Trennmittel 13 in eine Anzahl von einzelnen, gegeneinander abgetrennter Teilkanalbereiche 11 , 1 1 ' unterteilt. Jedem der Teilkanalbereiche 1 1 , 1 1 ' des ersten Ringkanals 10 sind in der dargestellen Ausführungsform zwei Diffusorspassagen zugeordnet. Es soll jedoch verdeutlicht werden, dass die Druckausgleichsöffnungen 7, 7' nicht integraler Bestandteil von dem ersten Ringkanal 10 sind. Durch die Unterteilung des ersten Ringkanals 10 in einzelne Teilkanalbereiche wird erreicht, dass ein Druckausgleich nur zwischen jeweils benachbarten Schaufeln 6, 6' eines Teilkanalbereiches 1 1 , 1 1 ' erfolgt. Auf diese Weise kann der Druckausgleich zwischen Schaufeln innerhalb eines Teilkanalbereichs lokal begrenzt werden. Durch die einzelnen Teilkanalbereiche entstehen sogenannte geschlossene Teilkanalbereiche. Ein Druckausgleich findet also in der Figur 3 dargestellten Ausführungsform nicht mehr über den kompletten ersten Ringkanal 10 statt, wie dies in den Ausführungsformen der Figur 1 und der Figur 2 bei einem durchgehenden Ringkanal der Fall ist. Die Trennmittel 13 können beispielsweise als Trennwände ausgebildet sein. Die einzelnen Trennwände 13 befinden sich dabei auf der strömungsabgewandten Seite des Diffusors 1 . Die Unterteilung des ersten Ringkanals 10 in einzelne, voneinander strömungstechnisch unabhängige Teilkanalbereiche kann zu einer erhöhten Stabilität und einer Wirkungsgradverbesserung des Diffusors 1 beitragen. Die einzelnen Teilkanalbereiche 1 1 , 1 1 ' innerhalb des ersten Ringkanals 10 lassen sich beispielsweise durch sogenannte additive Fertigungsmethoden herstellen. Alternativ wäre es auch möglich, den ersten Ringkanal 10 durch Anschlag an einem benachbarten Bauteil wie zum Beispiel einem Lagergehäuse des Radialverdichters 100 in einzelne Teilkanalbereiche 1 1 , 1 1 ' aufzuteilen (nicht dargestellt). Figur 4 zeigt in Draufsicht eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Diffusors 1 . Figur 4 zeigt dabei die Diffusorplatte 12 des Diffusors 1 . In die Diffusorplatte 12 sind eine Anzahl von Druckausgleichsöffnungen 7, 7', 7" eingearbeitet, welche jeweils die engsten Strömungsquerschnitte des Diffusors 1 mit dem Ringkanal 10 fluidisch verbinden, wobei der erste Ringkanal 10 hinter den Druckausgleichsöffnungen 7, 7', 7" angeordnet ist. Die in der Figur 4 dargestellte Ausführungsform des Diffusors 1 unterscheidet sich von der in der Figur 3 gezeigten Ausführungsform darin, dass jeder der einzelnen Teilkanalbereiche 1 1 , 1 1 ' drei Druckausgleichsöffnungen 7, 7', 7" mit den drei Schaufeln 6, 6', 6" umfasst. Aus Gründen der besseren Übersicht ist in der Figur 4 lediglich der Teilkanalbereich 1 1 des ersten Ringkanals 10 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Alternativ sind auch Ausführungen realisierbar, bei welchen sich durch entsprechende Abtrennung mehr als drei Schaufeln einen Teilkanalbereich des ersten Ringkanals 10 teilen. Denkbar wäre auch, dass es Teilkanalbereiche innerhalb des ersten Ringkanals 10 gibt, welche jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Schaufeln umfassen, also zum Beispiel ein Teilkanalbereich, welcher sich über zwei Schaufeln erstreckt und ein Teilkanalbereich, welcher drei Schaufeln umfasst. In der Ausführungsform der Figur 4 ist zudem durch den Richtungsvektor 52 exemplarisch die Hauptströmungsrichtung des Fluids in einer Diffusorpassage dargestellt, welche von der Schaufel 6 und der Schaufel 6' gebildet wird.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Diffusors 1 mit einer Diffusorplatte 12 des Diffusors 1 in Draufsicht. Die in dieser Ausführungsform dargestellte Diffusorplatte 12 der Figur 5 ist im Prinzip mit der in der Figur 3 dargestellten Ausführungsform des Diffusors 1 identisch. Die Ausführungsform der Figur 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Figur 3 lediglich darin, dass in der Diffusorplatte 12 der Figur 5 neben einem ersten Ringkanal 10 ein zweiter Ringkanal 20 vorgesehen ist. Der zweite Ringkanal 20 in der Diffusorplatte 12 hat dabei die Aufgabe, die Diffusorpassagen von nicht benachbarten Schaufeln fluidisch miteinander zu verbinden. In der Ausführungsform der Figur 5 verbindet der Ringkanal 20 die Schaufeln des Teilkanalbereichs 1 1 mit den Schaufeln des Teilkanalbereichs 1 1 ". Auf diese Weise kann ein Druckausgleich zwischen nicht benachbarten Schaufeln realisiert werden, welche sich jeweils in unterschiedlichen Teilkanalbereichen der Diffusorplatte 1 befinden. Der zweite Ringkanal 20 kann in der Diffusorplatte 12 eingearbeitet sein, in welcher auch der erste Ringkanal 10 eingearbeitet ist. Alternativ kann der zweite Ringkanal 20 in einer separaten Wand eingearbeitet sein, welche hinter der Diffusorplatte 12 angeordnet ist, wenn die Diffusorplatte 12 über Druckausgleichsöffnungen verfügt. Alternativ kann der zweite Ringkanal 20 in einer der Seitenwände 3, 4 mit Druckausgleichsöffnungen 7, 7' des Diffusorkanalabschnitts 2 oder in der dritten Seitenwand 15, welche sich hinter einer der Seitenwände 3, 4 mit Druckausgleichsöffnungen 7, 7' befindet, eingearbeitet sein. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise zwei Diffusorpassagen fluidisch miteinander verbinden, wobei die beiden Diffusorpassagen nicht unmittelbar nebeneinander und benachbart angeordnet sind. Anhand der Figur 5 veranschaulicht bedeutet dies, dass zum Beispiel eine Diffusorpassage, welche die Druckausgleichsöffnung 7 umfasst, fluidisch mit einer Diffusorpassage verbunden ist, welche die Druckausgleichsöffnung 7"' umfasst. Auf diese Weise kann ein Druckausgleich zwischen Schaufeln beziehungsweise von Diffusorpassagen von nicht benachbarten Teilkanalbereichen erfolgen. Je nach Anwendung können auch mehr als zwei Ringkanäle im Diffusor 1 eingearbeitet sein.
Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt einer Diffusorplatte 12 mit Beispielen für mögliche Ausrichtungen von Druckausgleichsöffnungen in einer Diffusorpassage zwischen zwei benachbarten Schaufeln 6, 6'. Die Ausführungsform der Figur 6 unterscheidet sich von den Ausführungsformen der Figuren 3, 4 und 5 lediglich darin, dass die in Figur 6 exemplarisch dargestellten Druckausgleichsöffnungen 7-1 und 7-2 innerhalb einer Diffusorpassage von zwei benachbarten Diffusorschaufeln 6, 6' jeweils unterschiedliche Ausrichtungen gegenüber der Diffusorplatte 12 beziehungsweise Positionen einnehmen können. Jede der Schaufeln 6, 6' der Figur 6 umfasst jeweils eine Druckseite 22 und eine Saugseite 23. Die Druckseite 22 und die Saugseite 23 einer jeden Schaufel 6, 6' werden dabei von einer Schaufeleintrittskante 8 und einer Schaufelaustrittskante 8' der jeweiligen Schaufel 6, 6' begrenzt. In der Figur 6 ist die in der Diffusorpassage zwischen der Schaufel 6 und der Schaufel 6' liegende Druckausgleichsöffnung 7-1 derart angeordnet beziehungsweise ausgerichtet, dass beispielsweise die Druckausgleichsöffnung 7-1 zwischen der Druckseite 22 der Schaufel 6 und der Saugseite 23 der benachbarten Schaufel 6' des Schaufelkranzes 5 angeordnet ist. Gleiches gilt für Anordnung der in der Figur 6 dargestellten Druckausgleichsöffnung 7-2. In der Ausführungsform der Figur 6 befindet sich in der Diffusorpassage zwischen den zueinander benachbarten Diffusorschaufeln 6, 6' eine Druckausgleichsöffnung, also entweder die Druckausgleichsöffnung 7-1 oder die Druckausgleichsöffnung 7-2. Es wäre jedoch auch möglich, dass innerhalb einer Diffusorpassage mehrere Druckausgleichsöffnungen angeordnet sind, wobei die Lage und die Position der Mehrzahl von Druckausgleichsöffnungen innerhalb der Diffusorpassage voneinander verschieden sein kann.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für eine Ausrichtung beziehungsweise einer möglichen Lage einer Druckausgleichsöffnung 7, 7' innerhalb einer Diffusorplatte 12 und in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung 52 des Fluids in dem Diffusorkanalabschnitt 2. In der Figur 7 wird der Diffusorkanalabschnitt von der Seitenwand 3 und der Seitenwand 4 gebildet, wobei die Seitenwand 4 ein Bestandteil der Diffusorplatte 12 ist. Die Druckausgleichsöffnung 7, 7' ist in der Ausführungsform der Figur 7 in der Diffusorplatte 12 eingearbeitet und ist mit dem ersten Ringkanal 10 verbunden. Zur Veranschaulichung ist in der Figur 7 zusätzlich die Strömungsrichtung des Fluids im Diffusorkanalabschnitt 2 gezeigt, welche durch einen Vektor 52 abgebildet wird. Die Ausrichtung der in der Figur 7 dargestellten Druckausgleichsöffnung 7, 7', welche in der Seitenwand 4 des Diffusorkanalabschnitts 2 eingearbeitet ist, wird durch einen Anstellwinkel 54 bestimmt, welcher als der Anstellwinkel 54 der Druckausgleichsöffnung 7, 7' zu der dem Difffusorkanalabschnitt 2 zugewandten Fläche dieser Seitenwand 4 definiert ist. Der Anstellwinkel 54 in der Ausführungsform der Figur 7 kann dabei vorzugsweise in einem Bereich zwischen grösser 0 Grad und ungefähr kleiner 180 Grad liegen, um Fluidverluste im Diffusorkanalabschnitt 2 zu reduzieren.
Fig. 8 zeigt in schematischer Abbildung eine Turboladeranordnung 150 mit einem beschaufelten Diffusor 2. In der Ausführungsform der Figur 8 umfasst die Turboladeranordnung 150 einen Diffusor 2, welcher über Druckausgleichsöffnungen 7, 7' (nicht dargestellt) mit einem ersten Ringkanal 10 fluidisch verbunden ist. Der Diffusor 2 ist mit einem Verdichterrad 101 verbunden, wobei das Verdichterrad 101 über eine Welle 153 von einer Turbine 151 angetrieben wird. Der Diffusor 2 und das Verdichterrad 101 sind Bestandteile eines Radialverdichters 100. Der erste Ringkanal 10 ist über einen Verbindungskanal 30 mit einem Druckplenum 31 , welches auch als Ringkanalplenum bezeichnet wird, verbunden. In das Druckplenum 31 wird als Spülmittel oder als Spülmedium ein Fluid geleitet, welches vorzugsweise als Spülluft ausgebildet ist und welches jedoch auch beziehungsweise zusätzlich zur Kühlung verwendbar ist. Das Fluid in der Ausführungsform der Figur 8 wird von einer Fluidquelle 35 bereitgestellt. Diese Fluidquelle 35, welche auch als Druckquelle bezeichnet werden kann, kann vorzugsweise als ein Ladeluftkühler ausgebildet sein. Der Ladeluftkühler wird vom Radialverdichter 100 mit verdichteter Luft gespeist und kühlt die verdichtete Luft des Radialverdichters 100 auf eine bestimmte Temperatur herab, bevor diese einem Motor zugeführt wird (nicht dargestellt). Das als Spülmittel ausgebildete Fluid aus dem Ladeluftkühler wird dann dem Druckplenum 31 zugeführt. Das Druckplenum 31 ist in der dargestellten Ausführungsform der Figur 8 zusätzlich über einen Kanal 154 mit dem Verdichterrad 101 verbunden, so dass ein Teil des Spülmittels aus dem Ladeluftkühler 35 auch zur Kühlung des Verdichterrads 101 eingesetzt werden kann. Auf diese Weise kann eine Verdichterradkühlung realisiert werden. Der erste Ringkanal 10 wird mit dem Spülmittel aus der Fluidquelle 35 gespült, wobei das Spülmittel im Druckplenum 31 speicherbar ist. Der Verbindungskanal 30 ist vorzugsweise als eine Bohrung mit einem definierten Durchmesser ausgebildet. Der Verbindungskanal 30 muss dabei jedoch nicht zwangsläufig als Bohrung mit einem bestimmten Durchmesser D ausgebildet sein, sondern kann auch als ein eckig oder anderweitig geformter Durchgang ausgebildet sein. Alternativ kann der Verbindungskanal 30 auch aus einer Anzahl von einzelnen Durchgängen gebildet sein. Die geometrische Ausgestaltung des Verbindungskanals 30 ist dabei insofern von Bedeutung, da diese bestimmt, mit welchem Druck das Spülmittel durch den Verbindungskanal 30 in den ersten Ringkanal 10 geleitet wird. Der Druck im ersten Ringkanal 10 sollte betragsmässig minimal höher sein, als ein Druck, welcher im Diffusorkanalabschnitt 2 ausgebildet ist, damit ein beabsichtigter Druckausgleich im ersten Ringkanal 10 nicht beeinträchtigt wird. Ausserdem soll vermieden werden, dass es zu einer massiven Ausblasung von Luft von dem ersten Ringkanal 10 in den Diffusorkanalabschnitt 2 kommt. Durch die geometrische Ausgestaltung des Verbindungskanals 30 lässt sich also der Druck einstellen mit welcher das Spülmittel im Verbindungskanal 30 zum ersten Ringkanal 10 transportiert wird. Durch das mit einem bestimmten, eingestellten Druck in den ersten Ringkanal 10 beförderte Spülmittel wird erreicht, dass der erste Ringkanal 10 von Spülmittel gespült wird. Die Spülung beugt einer Verschmutzung des ersten Ringkanals 10 und einer Verstopfung der Druckausgleichsöffnungen 7, 7', 7", 7"' durch Ablagerungen von ölhaltigen Partikeln, wie sie die Luft aus dem Diffusorkanalabschnitt 2 enthalten kann, vor. Damit das Spülmedium mit einem definierten Druck in den ersten Ringkanal 10 eingeleitet werden kann, sollte bereits in der Fluidquelle 35 und in dem Druckplenum 31 ein definierter Druck ausgebildet sein, welcher betragsmässig grösser ist als ein Druck im ersten Ringkanal 10 und ein Druck im Diffusor 2. Der Druck in der Fluidquelle 35 sollte dabei betragsmässig grösser sein, als ein Druck im Druckplenum 31 und ein Druck im Ringkanal 10 und ein Druck im Diffusorkanalabschnitt 2. Die Fluidquelle 35 kann dabei auch als ein Druckluftnetz ausgebildet sein. Die Fluidquelle 35 kann dabei auch aus einer Mehrzahl von Fluidquellen bestehen, welche Fluid für das Druckplenum 31 bereitstellen. Zusätzlich kann in der Ausführungsform der Figur 8 und Figur 9 ein Filtersystem 39 vorgesehen sein, welches zwischen dem Druckplenum 31 und der Fluidquelle 35 installiert ist, um das Spülmittel oder Fluid zu reinigen. Ganz allgemein kann auch vorgesehen sein, dass das Fluid aus der Fluidquelle 35 verwendet werden kann, um neben dem ersten Ringkanal 10 auch einen zweiten Ringkanal zu spülen, wenn eine entsprechende Verbindung zwischen dem Druckplenum 31 und dem zweiten Ringkanal hergestellt wird (nicht dargestellt).
Fig. 9 zeigt einen Diffusor 2 mit Beschaufelung und Druckplenum 31 für einen Radialverdichter. Die Ausführungsform der Figur 9 unterscheidet von der Ausführungsform der Figur 1 darin, dass der erste Ringkanal 10 über einen Verbindungskanal 30 mit einem Druckplenum 31 verbunden ist. Wie bereits zu der Ausführungsform der Figur 8 erläutert, wird aus dem Druckplenum 31 , welcher mit der Fluidquelle 35 verbunden ist, ein Fluid unter Druck über den Verbindungskanal 30 in den ersten Ringkanal 10 eingeleitet. Dadurch wird die Wirkung erzielt, dass der erste Ringkanal 10 mit dem als Fluid ausgebildeten Spülmittel aus der Fluidquelle 35 gespült wird, um Ablagerungen und Partikelrückstände im Ringkanal 10 und in den Druckausgleichsöffnungen 7, 7', 7", 7"' zu lösen beziehungsweise zu verhindern. Ein weiterer Unterschied zur Ausführungsform der Figur 1 besteht darin, dass zusätzlich eine Verdichterradkühlung zur Kühlung des Verdichterrads 101 realisiert wird, indem das Fluid aus dem Druckplenum 31 über einen Verbindungskanal 154 zum Verdichterrad 101 geleitet wird. LISTE DER BEZUGSZEICHEN
1 Diffusor
2 D if f usorkan alabsch n itt
3 Erste Seitenwand
4 Zweite Seitenwand
5 Schaufelkranz
6, 6', 6", 6"' Schaufel des Schaufelkranzes
7, 7', 7", 7"', 7-1 , 7-2 Druckausgleichsöffnung
8 Schaufeleintrittskante einer Schaufel
8' Schaufelaustrittskante einer Schaufel
10 Erster Ringkanal
1 1 , 1 1 ', 1 1 " Teilkanalbereich
12 Diffusorplatte
13 Trennmittel
15 Seitenwand
20 Zweiter Ringkanal
22 Druckseite einer Diffusorschaufel
23 Saugseite einer Diffusorschaufel
30 Verbindungskanal
31 Druckplenum
35 Fluidquelle
39 Filtersystem
40 Verdichterrad
42 Verdichtergehäuse (turbinenseitig)
44 Lagergehäuse
52 Richtungsvektor der Hauptströmungsrichtung des Fluids im Diffusorkanalabschnitt
54 Anstellwinkel
100 Radialverdichter
101 Verdichterrad
150 Turboladeranordnung
151 Turbine
153 Welle
154 Verdichterradkühlungleitung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Diffusor für einen Radialverdichter (100) umfassend:
einen Diffusorkanalabschnitt (2), welcher von einer ersten Seitenwand (3) und einer zweiten Seitenwand (4) gebildet wird, wobei die erste Seitenwand (3) und die zweite Seitenwand (4) in Strömungsrichtung zumindest teilweise zueinander divergent angeordnet sind,
einen Schaufelkranz (5) mit einer Anzahl von Schaufeln (6, 6'), wobei die Schaufeln (6, 6') zumindest teilweise im Diffusorkanalabschnitt (2) angeordnet sind, wobei jede der Schaufeln (6, 6') eine Druckseite (22) und eine Saugseite (23) aufweist, und wobei die Druckseite (22) und die Saugseite (23) einer jeden Schaufel (6, 6') von einer Schaufeleintrittskante (8) und von einer Schaufelaustrittskante (8') dieser Schaufel (6, 6') begrenzt werden,
eine Anzahl von Druckausgleichsöffnungen (7, 7'), welche in zumindest eine der beiden Seitenwände (3, 4) des Diffusorkanalabschnitts (2) eingearbeitet sind, wobei jede der Anzahl von Druckausgleichsöffnungen (7, 7') zwischen der Druckseite (22) einer Schaufel (6) und der Saugseite (23) der benachbarten Schaufel (6') des Schaufelkranzes (5) angeordnet ist,
einen ersten Ringkanal (10), welcher hinter den Druckausgleichsöffnungen (7, 7') angeordnet ist, wobei der erste Ringkanal (10) mit dem Diffusorkanalabschnitt (2) über mindestens zwei der Druckausgleichsöffnungen (7, 7') fluidisch verbunden ist, wodurch eine Anzahl von Diffusorpassagen des Diffusors (1 ) miteinander fluidisch verbindbar sind, wobei als Diffusorpassage ein Bereich zwischen zwei benachbarten Schaufeln (6, 6') des Schaufelkranzes (5) im Diffusorkanalabschnitt (2) bezeichnet wird.
2. Diffusor nach Anspruch 1 , wobei der erste Ringkanal (10) in einer der beiden Seitenwände (3, 4) des Diffusorkanalabschnitts (2) eingearbeitet ist.
3. Diffusor nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei die Anzahl von Druckausgleichsöffnungen (7, 7'), welche in zumindest eine der beiden Seitenwände (3, 4) des Diffusorkanalabschnitts (2) eingearbeitet sind, in einem Bereich der jeweiligen Seitenwand (3, 4) angeordnet sind, in welchem die erste Seitenwand (3) und zweite Seitenwand (4) in Strömungsrichtung zumindest teilweise zueinander divergent angeordnet sind.
4. Diffusor nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei die Druckausgleichsöffnungen (7, 7') jeweils als Bohrung oder/und als Schlitz ausgebildet sind.
5. Diffusor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Ausrichtung jeder der Druckausgleichsöffnungen (7, 7') in der jeweiligen Seitenwand (3, 4) des Diffusorkanalabschnitts (2) durch einen Anstellwinkel (54) bestimmt wird, der als der Anstellwinkel (54) der jeweiligen Druckausgleichsöffnung (7, 7') zu der dem Difffusorkanalabschnitt (2) zugewandten Fläche dieser Seitenwand (3, 4) definiert ist.
6. Diffusor nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei der erste Ringkanal (10) durch Trennmittel (13) in eine Anzahl von einzelnen, gegeneinander abgetrennte Teilkanalbereiche (1 1 , 1 1 ') des ersten Ringkanals (10) unterteilt ist.
7. Diffusor nach Anspruch 7, wobei jeder Teilkanalbereich (1 1 , 1 1 ') des ersten Ringkanals (10) mindestens zwei Druckausgleichsöffnungen (7, 7') umfasst.
8. Diffusor nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei in einer der Seitenwände (3, 4) mit Druckausgleichsöffnungen (7, 7') des Diffusorkanalabschnitts (2) mindestens ein zweiter Ringkanal (20) eingearbeitet ist, wodurch die Diffusorpassagen von zwei nicht benachbarten Schaufeln (6, 6") des Schaufelkranzes (5) fluidisch miteinander verbindbar sind.
9. Diffusor nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei die erste oder zweite Seitenwand (3, 4) des Diffusorkanalabschnitts (2) als eine Diffusorplatte (12) ausgebildet ist, wobei in der Diffusorplatte (12) die Anzahl der Druckausgleichsöffnungen (7, 7') und mindestens ein Ringkanal (10, 20) eingearbeitet sind.
10. Diffusor nach Anspruch 1 , wobei der erste Ringkanal (10) über einen Verbindungskanal
(30) mit einem Druckplenum (31 ) verbindbar ist, wodurch ein Fluid aus dem Druckplenum
(31 ) in den ersten Ringkanal (10) strömen kann, damit der erste Ringkanal (10) mit dem Fluid gespült wird.
1 1 . Diffusor nach Anspruch 10, wobei das Druckplenum (31 ) mit einer Fluidquelle (35) verbunden ist, wobei die Fluidquelle (35) ausgebildet ist, Fluid für das Druckplenum (31 ) bereitzustellen.
12. Diffusor nach Anspruch 1 1 , wobei die Fluidquelle (35) als ein Ladeluftkühler ausgebildet ist, wobei der Ladeluftkühler ausgebildet ist, Fluid bereitzustellen, und wobei das Fluid aus dem Ladeluftkühler in das Druckplenum (31 ) einleitbar ist.
13. Diffusor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei zwischen dem Druckplenum (31 ) und der Fluidquelle (35) ein Filtersystem (39) zur Reinigung des Fluids installiert ist.
14. Radialverdichter (100) mit einem Diffusor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Turboladeranordnung (150), umfassend Radialverdichter nach Anspruch 14.
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