CH638867A5

CH638867A5 - Turbolader mit einer einrichtung zur regelung des schluckvermoegens der turbine.

Info

Publication number: CH638867A5
Application number: CH250079A
Authority: CH
Inventors: Ernst Dr Jenny; Max Prof Berchtold
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1979-03-16
Filing date: 1979-03-16
Publication date: 1983-10-14
Also published as: JPS55128606A; US4324526A; FR2451454A1; GB2044860A; DE2914648A1; FR2451454B3; GB2044860B; DK106880A; JPH0262681B2; DE2914648C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turbolader mit einer Einrichtung zur Regelung des Schluckvermögens derTurbine.

Infolge der unterschiedlichen Betriebskennlinien von Verbrennungsmotor und Turboladerist es schwierig, bei Teildrehzahl hohe effektive mittlere Drücke pmo zu erreichen. Dies ist um so schwieriger, je höher der Aufladegrad getrieben wird.

Die bisher dafür vorgeschlagenen Lösungen sind konstruktiv aufwendig und konnten sich daher für Turbinen von Turboladern nicht durchsetzen. Hiezu gehört z. B. eine Regelung, bei der in einem als Spirale ausgebildeten Gaseintrittsgehäuse der Spiralquerschnitt durch einen verstellbaren Streifen kontinuierlich verändert werden kann. Diese Lösung bedingt einen nicht unerheblichen Bauaufwand, insbesondere im Hinblick auf eine befriedigende Abdichtung des erwähnten Streifens.

Eine ideale Lösung wäre eine Turbine mit verstellbaren Leit-und Laufschaufeln. Bisher konnte eine betriebssichere und wirtschaftlich tragbare Ausführung dieser Art aber noch nicht realisiert werden.

Mit der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Erfindung sollen die Nachteile der bekannten einschlägigen Einrichtungen vermieden werden und insbesondere eine betriebssichere , evtl. selbsttätige und billige Verstellung des Gaseintrittsquerschnittes bei kleiner Motordrehzahl möglich sein, um bei kleinem Schluckvermögen einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen.

Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 den Turbinenteil eines erfindungsgemässen Turboladers mit einer innerhalb des Gaseintrittsgehäuses untergebrachten Membran mit Leitschaufelkranz,

Fig. 2 eine Ausführung mit innenliegender Membran und teilweise versenkbarem Leitschaufelkranz, und

Fig. 3 eine Ausführung mit ausserhalb des Gaseintrittsgehäuses angebrachter Membran mit einem Leitschaufelkranz.

In Fig. 1 bezeichnen 1 das Gaseintrittsgehäuse und 2 den zugehörigen Gehäusedeckel eines Turboladers, von dem hier nur der Turbinenteil dargestellt ist. Es handelt sich hier um eine Radialturbine, deren Turbinenrad 3 von aussen nach innen gegen die Wellenachse zu von den aus dem Gaseintrittsgehäuse kommenden Auspuffgasen durchströmt wird. Gaseintrittsgehäuse 1 und Gehäusedeckel 2 sind durch einen im Querschnitt V-förmigen Klemmring 4 am Umfang der beiden Gehäuseteile miteinander verbunden.

Zwischen dem äusseren Flansch des Gaseintrittsgehäuses 1 und dem Gehäusedeckel 2 ist eine ringförmige Membran 5 an ihrem äusseren Umfang eingespannt.

Ihre innere Begrenzung ist ein Kreis, der etwas grösser ist als der Umfang des Turbinenrades 3. An dieser inneren Begrenzung der Membran 5 ist ein Leitschaufelkranz 6 vorgesehen, der sich in das Gaseintrittsgehäuse hinein erstreckt. Auf der gegenüberliegenden , dem Gehäusedeckel 2 zugewandten Seite der Membran ist eine Anzahl von über den Umfang verteilten Federn 7 vorgesehen, die sich in Vertiefungen 8 des Gehäusedeckels 2 auf letzteren abstützen und die Membran im Stillstand der Turbine oder bei schwacher Last bis zum Anschlag des Leitschaufelkranzes am Gaseintrittsgehäuse 1 in dieses hineindrücken. Dadurch bleibt der Eintrittsquerschnitt unmittelbar vor dem Leitschaufelkranz 6 bei schwacher Last verengt, ebenso der Durch trittsquer-schnitt im Bereich der Leitschaufeln, wodurch sich bei Teillast für den Eintritt in die Laufschaufeln etwa gleiche Winkel für die Geschwindigkeitsdreiecke ergeben wie bei Vollast, bei der die Membran durch den Gasdruck so weit nach aussen gedrückt wird, dass sich der volle Eintrittsquerschnitt vor dem Leitschaufelkranz einstellt. Infolgedessen hat die Turbine bei Teillast, wo sie einen geringeren Abgasstrom zu verarbeiten hat, einen hohen Wirkungsgrad, der Verdichter fördert eine grössere Luftmenge und die Motorleistung nimmt bei gleichbleibender Motordrehzahl gegenüber einem normalen Turbolader zu.

Um die Membran, die z. B. aus dünnem federelastischem Blech bestehen kann, gegen Überhitzung durch die Auspuffgase zu schützen, sind im Gehäusedeckel 2 Öffnungen 9 vorgesehen, durch die aus dem Verdichter abgezapfte Kühlluft auf die Membranrückseite geleitet werden kann. Der Kühlluftstrom kann durch bekannte, nicht dargestellte Mittel verändert werden, um damit die Membran in der jeweils gewünschten Weise zu verstellen. Zur Abdichtung des Raumes hinter der Membran gegenüber dem Gaseintrittsgehäuse kann am inneren Ende der Membran 5 ein Dichtungsring 10 oder ein Metallbalg vorgesehen sein.

Die voll geöffnete Stellung der Membran ist strickpunktiert eingezeichnet. In dieser Stellung gibt der Leitschaufelkranz

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einen Teil des Eintrittsquerschnittes vor dem Turbinenlaufrad 3 frei.

Dies ist bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführung der Fall, bei der in der Wand des Gaseintrittsgehäuses 1 eine Ringnut 11 vorgesehen ist, die einen Teil des Leitschaufelkranzes 6 in derTeillast-konfiguration der Membran aufnehmen. Bei voll offenem Gaseintrittsquerschnitt, d. h. bei Vollast, überdecken die Leitschaufeln den ganzen Eintrittsquerschnitt, wie die strichpunktiert gezeichnete Stellung darstellt. Anstelle der Ringnut 11 wird man vorteilhafter für jede einzelne Schaufel Vertiefungen in der Wand des Gehäuses 1 vorsehen, deren Querschnitt dem Querschnitt der Leitschaufeln entspricht. Man vermeidet damit die seitliche Umströmung des Leitschaufelkranzes 6 über die Ringnut 11. wodurch die Wirkung der Regelung noch verbessert werden wird.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 befindet sich der Leitschaufelkranz in der offenen Stellung etwas weiter rechts als bei der ersten Ausführung, so dass sich bei geschlossener Stellung ein günstigerer Einlauf und ein besserer Teillastwirkungsgrad ergibt.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführung stellt zwar gegenüber der Variante nach Fig. 1 bezüglich des Teillastwirkungsgrades keine

Verbesserung dar, da auch hier bei voller Öffnung ein Teil des Eintrittsquerschnittes vom Leitschaufelkranz 6 freigegeben ist, doch ist hier die Membran 5 durch eine Zwischenwand 12 gegen den Abgasstrom abgeschirmt, so dass sich hier eine besondere 5 Kühlung der Membran 5 erübrigt. In der Zwischenwand 12 sind Durchbrüche für den Leitschaufelkranz 6 vorgesehen.

Die Betätigung der Membran kann durch ein Druckmedium, z.B. das Abgas selbst, erfolgen, das man in der von der Zwischenwand 12 und der Membran 5 begrenzten Raum einführt, io oder durch beliebige andere mechanische, elektrische, magnetische, hydraulische oder pneumatische Vorkehren, was auch als Alternative für die Betätigung der Membran durch den Druck des Abgasstromes auch für die zwei anderen Ausführungen gilt. Der Verstellweg der Membran kann z.B. von der Motordrehzahl 15 oder irgendeiner anderen geeigneten Betriebsgrösse des Motors oder des Turboladers abgeleitet werden.

Die Leitschaufeln können auch am Gaseintrittsgehäuse oder alternierend am Gehäuse und an der Membran angebracht sein.

Eine ähnliche Regelung der Eintrittsquerschnitte ist auch bei 20 Zwillingsturbinen möglich, allerdings mit höherem konstruktivem Aufwand.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

638 867 PATENTANSPRÜCHE

1. Turbolader mit einer Einrichtung zur Regelung des Schluckvermögens derTurbine. dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung eine ringförmige Membran (5 ) aufweist, die an ihrem äusseren Umfang am Gaseintrittsgehäuse ( 1 ) befestigt ist, dass die Membran (5) um ihre am äusseren Umfang liegenden Befestigungsstellen aus ihrer Ebene heraus in Achsrichtung der Turbine verformbar ist, um den Eintrittsquerschnitt vordem

Turbinenrad (3) der jeweils vom Motor gelieferten Abgasmenge anpassen zu können, und dass die innere Begrenzung der Membran (5) in der Nähe des äusseren Umfanges des Laufschaufelkranzes des Turbinenrades (3) liegt.

2. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) an ihrem inneren Umfang einen Leitschaufelkranz (6) aufweist.

3. Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Leitschaufelkranz (6) gegenüberliegenden Seite des Gaseintrittsgehäuses ( 1 ) dem Leitschaufelquerschnitt entsprechende Vertiefungen zur Aufnahme des Leitschaufelkranzes (6) vorgesehen sind.

4. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) innerhalb des Gaseintrittsgehäuses (1) angeordnet ist.

5. Turbolader nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) ausserhalb des Gaseintrittsgehäuses (1) vorgesehen ist.

6. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) federnd ausgebildet ist.

7. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) durch Beaufschlagung mit einem gasförmigen Druckmedium betätigbar ist.

8. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Federn (7) vorgesehen sind, die die Membran (5) im Sinne einer Verringerung des Eintrittsquerschnittes vor dem Turbinenrad (3) belasten.

9. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) an ihrem äusseren Umfang fest zwischen Gaseintrittsgehäuse (1) und Gehäusedeckel (2) eingespannt ist.

10. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran an ihrem äusseren Umfang scharnierartig am Gaseintrittsgehäuse (1) befestigt ist.

11. Turbolader nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäusedeckel (2) Öffnungen (9) zur Zuführung eines Kühlluftstromes vorgesehen sind.

12. Turbolader nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am inneren Umfang der Membran (5) ein ringförmiges Dichtungselement (10) vorgesehen ist, das den abgasführenden Teil des Gaseintrittsgehäuses (1) gegen den Kühlluftstrom abdichtet.