Verfahren zum Regulieren von Radialturbinen und Einrichtung zur Durchführung desselben. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regulieren von Radialturbinen und eine Ein- riclitun g zur Durehführung desselben.
Ce- mü13 der Erfindung- besteht das Verfahren darin, (1a13 im Ringspalt, der zwischen den Leitsehaufelaustritten und den Laufschaufel eintritten besteht, Durehströmquerschnitte ge ändert -erden. Die zur Ausübung des Verfah rens geeignete Einrichtung ist dadurch ge kennzeichnet, dass zwischen dem Leitschaufel austritt und dem Laufsehaufeleintritt ein i ingförmiges Regulierorgan eingeschaltet ist,
(las zwecks -Änderung des Dureliströmquer- sehnittes zwischen dein. Leitrad und dem Lauf rad in axialer Richtung bewegbar ist.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist die zur Ausführun o- des Verfahrens geeignete Ein- rielitung in beispielsweisen Ausführungsfor- inen dargestellt, und es zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht mit teilweisem Längs schnitt eines Abgasturboladers mit Regulier organ in einem ersten Ausführungsbeispiel und Fig. ' einen Querschnitt nach den Linien 1-I und II-II der Fig. 1, Fig.3 einen Längssehnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einem Regulieror gan,
das sowohl den Durchströmquersehnitt zwisehen Leit- und Laufrad als auch Über- ströniöffnungen für übersehüssiges Betriebs- niitt.el, steuert.
Fig. 4. einen Längssehnitt eines Düsen triebwerkes finit. Regulierbüehse, die im Bereich zwischen den Leit- und Laufschaufeln ein zelne Ausnehmungen aufweist.
An Hand dieser Beispiele wird auch da-, Verfahren nach der Erfindung beispielsweise erläutert.
Zur Veranschaulichung der Erfindung dienen die Beispiele nach Fig.1 bis 4, wobei zwecks Wahrung der Übersicht in den Fig. 1 bis 3 nur einstufige innenbeaufsehlagte Ra dialturbinen mit den hierfür entsprechenden Regulierorganen als Beispiele angenommen wurden.
Die nachfolgenden Stufen mehrstufiger Turbinen können radiale oder axiale Durch- strömrichtung aufweisen, wobei im letzteren Fall das Betriebsmittel nach der ersten Stufe in die axiale Richtung umgeleitet wird. Einen solchen Fall zeigt das in Fig.4 dargestellte Düsentriebwerk mit Regulierorgan zwischen Leit- und Laufschaufeln der ersten Turbinen stufe.
Die Erfindung kann für vollbeaufschlagte wie auch für teilbeaufschlagte Turbinen ange wendet werden. Bei. den letzteren sind be kanntlich durch entsprechend geformteWVände am Düseneinlauf die nicht benötigten Düsen gruppen abgeschlossen. Durch Verschieben der Regulierbüchse verändert sich der Quer schnitt der Durchströmfläche zwischen den Leit- und Laufschaufeln. Ebenfalls kann die Erfindung Anwendung finden bei Turbinen, bei denen zwei und mehr Eintritte mit Tren nung des Zuflusses bis nun Düsenaustritt notwendig sind.
Diese Ausführungsart findet beispielsweise bei Abgasturboladern für mehr- zylindrige Dieselmotoren Anwendung. Um eine ungünstige Beeinflussung des Abgasaus- lasses einzelner Zylinder durch die Druck stösse der Abgase anderer Zylinder zu verhin dern, werden die Abgase je nach Zylinderzahl in zwei oder mehr Teilströme unterteilt. Diese Unterteilung wird bis zum Düsenaustritt. auf- r echterhalten.
Nach dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 1 und \?, bezeichnet 1 die Leistung auf nehmende Maschine und 2 das Turbinenrad, \velches das Gebläse einer Abgas-Turboauf- ladegruppe treibt. 3 bezeichnet den Eintritt des Abgases in das Turbinengehäuse G, 4 ein trichterförmiges Umlenkbleeh und 5 die Düsen. Nach den Düsen befindet sich ein Spalt 6 und hinter diesem die Turbinenschaufeln 7. 8 ist das Gas-Sammelgehäuse und 9 der Aus trittsstutzen desselben. In den Spalt 6 greift das Ende einer axial verschiebbaren Regu lierbüchse 10.
Die Regulierbüchse ist am Mit: telteil mit einer oder mehreren eingefrästen, mit Steigung versehenen Nuten 12 versehen, in welche im Maschinenteil 17 ortsfest veran kerte Führungszapfen 11 eingreifen. In der Lagerbüchse 18 ist versehiebbar eine Regulier stange 13 gelagert. Die Regulierstange 13 weist einen Schlitz 13' auf, in welchen der Führungsstift 14 eingreift, welcher mit der Regulierbüchse 10 fest verbunden ist. 15 ist. ein Federrohr zur Abdichtung der Regulier stange 13.
Im Betrieb fliesst das Betriebsmittel in das Turbinengehäuse und wird durch das Um- lenkble.eh 4 den Düsen 5 zugeleitet. Das ganz oder teilweise expandierte Gas strömt nach Verlassen der Düse 5 in den Spalt 6, um hier auf die Energie an die Laufschaufeln 7 abzu geben. Nach Verlassen derselben wird das Gas im Sammelgehäuse 8, das auch als Spirale aus gebildet sein kann, gesammelt und dem Aus trittstut.zen 9 zugeführt. Durch axiales Ver schieben der Regulierbüehse 10 im Spalt 6 wird der Durchströmquerschnitt zwischen Leit- und Laufschaufeln verändert.
Um die Genauigkeit der Regulierung zu erhöhen und eine Verschiebung der Büchse 10 zu erleich tern, wird die axiale Bewegung durch Drehen der Büchse erreicht. Ein oder mehrere, bei- spiels reise drei ortsfeste Führungszapfen 1.1 greifen in die mit Steigung eingefrästen Nuten 12.
Durch Verschieben der Regulierstange 13 wird mittels Führ tuigsstift 1:1 die Regulier- büehse 10 gedreht. uncl gleichzeitig entspre- ehend der Steigung der Führungsnuten 1\? axial verschoben. Die axiale Verschiebung der Regulierbüehse kann aneh durch andere -Mit tel erreicht werden.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel Fig.3 haben die mit gleichen Bezugszeichen belegten Teile die analoge Bedeutung wie in Fig. 1 und beschrieben. Der zylindi-iselie Teil (Y des Gehäuses G ist dabei mit in regelmässigen Ab ständen zueinander angeordneten Öffnungen 16 versehen. Die Regulierbüelise besitzt einen Teil 10' finit gegenüber dem Teil 10 verminder tem Durchmesser, welcher an cleni Teil. aussenseits über den Öffnungen 16 anliegt.
13 ist die in der Richtung des Pfeils P hin- und lierversehiebbare Regulierstange, welche -in der Stelle 13' mit der Regulierliüelise 10 fest verbunden ist.
Durch Verschieben der Regulierbüehse 10 vermittels der Regulierstange 13 werden nach ganz freigegebenem Dtircliströinquei-sehnitt zwischen Leit- und Laufsehaufeln die Öff nungen 16 mehr oder weniger freigelegt. Diese Regulierung kommt dort in Frage, -o Be triebszustände auftreten, bei denen trotz frei gegebenem Durehströmquersehnitt zwischen Leit-; und Laufsehaufeln die Betriebsmittel- menge den Leistungsbedarf übersteigt.
Durch Einregulieren dieses (luersehnittes kann der überscliüssia-e Teil des Betriebsmittels unter Umgehung von Düse und Turbinenrad direkt dem Austrittstutzen 9 zuströmen.
Bei dem Düsentriebwerk nach Fig. 4 haben die mit gleichen Bezugszeichen belegten Teile ebenfalls die Bleiehe Bedeutung, wie in den vorangehenden Beispielen beschrieben. Der Durchströniquersehnitt zwischen Leitsehau- feln 5 und Laufsehaufeln 7 ist. durch die Regu lierbüchse 10 bei Betäti-ung der Stange 13 regulierbar. Die Regulierbüeltse spielt in deni Spalt 6, der zwischen den Leitschaufeln 5 und den Laufschaufeln 7 liegt.
Eine weitere Variante besteht darin, das in den Rin gspalt eingreifende Ende der Regu- lierlrüehse abzustufen, d. h. mit Ausschnitten 27 zu versehen (Fig. 4). Dadurch erhält man die -Möglichkeit, den Durchströmquerschnitt zwischen Leit- und Laufschaufeln längs des Umfanges in axialer Richtung verschieden gross zrt gestalten.
Die Betätigung des beschriebenen Regu lierorgans kann von Hand oder automatisch erfolgen. Die automatische Steuerung kann in Abhängigkeit der Turbinendrehzahl, der Dreh zahl der angetriebenen oder einer dritten Ma- seliine oder aber einer andern Betriebsgrösse dieser Maschinen erfolgen. Bei grösserem Wechsel des Atmosphärenzustandes während des Betriebes kann die Steuerung der Regu lierung- in Abhängigkeit von Barometerstand oder Aussentemperatur gebracht werden.
Die Vorteile der beschriebenen Regulie- rLinn' sowie ihre Wirkungsweise und Anwen dung- werden an Hand einiger Beispiele besser erkannt.
Besonders grosse Vorteile der Regulierbar keii: von Abgasturboladern ergeben sich bei ihrer Anwendung auf Motoren mit häufiger Betriebsänderung, wie Fahrzeugmotoren (Lastwagen, Überlandbusse etc.) und Flug- inotoren.
Bei unregulierbaren Abgasturboladern hängt der Aufladedruck von der sekundlich angelieferten Abgasmenge ab. Wenn. beispiels weise die Drehzahl des Motors reduziert oder mit Teillast gefahren wird, vermindert sich (leg- Abgasanfall;
der Düsenquerschnitt wird zu grob und damit sinkt das von der Turbine ausnützbare Drrrekgefälle. Der Aufladedruck sinkt so weit ab, bis Leistungsgewicht zwischen Turbine und (lebläse herrscht. -Mit dem vor geschlagenen Regulierverfahren kann durch Verringerung des Durchströmquersehnittes zwischen den Leit- und Laufschaufeln das 1)ruekgefälle so lange gesteigert werden, bis die Leistung zur Erreichung des Auflade- druekes erreicht ist..
<I>Beispiel</I><B>1:</B> Aufladung eines Fahrzeug- Dieselmotors in ständig angenähert gleicher Höhe über Meer. Das vorgeschlagene Regulier verfahren gestattet, unabhängig von der Mo torendrehzahl mit einem konstanten Auflade druck und ständig hohem Drehmoment zu fahren, was stets sehr erwünscht ist. Das An fahren geht schneller, der Motor reagiert viel rascher und es muss weniger geschaltet werden, weil der Motor infolge der Regulierung des Aufladedruckes elastischer ist. Die automati sche Regulierung wird dabei vorteilhaft in Ab hängigkeit der Motorendrehzahl gesteuert,kann aber auch ladedruelzabhängig geschehen.
Bei Vollast mit reduzierter Drehzahl und bei Teil last wird mittels der Regulierbüchse der Durchströmquerschnitt zwischen Leit- und Laufschaufeln so stark verringert, bis der volle Aufladedruek erreicht ist. Wird die Re gulierung gemäss Fig. 3 ausgebildet, so kann mit einem Handgriff durch Freilegen der Um gehungsöffnungen vor den Leitschaufeln die Aufladegruppe ausser Betrieb gesetzt werden.
<I>Beispiel ,?:</I> Aufladung eines Fahrzeug- Dieselmotors zur Überwindung grosser Höhen differenzen. Infolge Änderung des Barometer standes kommt das vorgeschlagene Regulier verfahren kombiniert mit der Mengenregulie rung gemäss Fig.3 in Frage. Bei gleichblei bendem Aufladedruck ändert sich das Druck verhältnis des Laders mit der Änderung des Barometerstandes. Zweckmässig werden die Leitschaufeln für das grösste Druckverhältnis des Laders (bei niedrigstem Barometerstand bzw. bei grösster Höhe) dimensioniert.
Beim Betrieb in den untern Höhenlagen ist, infolge des höheren Barometerstandes, das für den gleichen Aufladedruck benötigte Druckver hältnis des Gebläses kleiner, weshalb der Ab gasanfall den Leistungsbedarf übersteigt. Bei Vollast mit maximaler Drehzahl wird deshalb in den Niederungen die Regulierbüchse so weit zurückgezogen, bis genügend Querschnitt-zum Abströmen des nicht benötigten Abgases frei gelegt ist. Bei reduzierter Drehzahl oder Teil last ist der Abgasanfall geringer, weshalb der Abströmquerschnitt durch Verschieben der Regulierbüchse verkleinert. werden muss.
In der grössten Höhenlage ist der Abströmquer- schnitt ganz zu schliessen, wobei die Regulierung für die verschiedenen Be triebszustände analog Beispiel 1 nur noch durch Veränderung des Durehströmquer- sehnittes zwischen Leit- und Laufschaufeln zu erfolgen hat. Die automatische Steuerung könnte in den untern Höhenlagen vom Baro meterstand, in den obern von der vIotoren- drehzahl abhängig gemacht werden. Andere Kombinationen sind durchaus möglich. .