[0001] Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit radial durchströmte Verdichterrad, sowie ein Gehäuseeinsatzstück für den Einbau in eine Strömungsmaschine.
[0002] Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Strömungsmaschinen, wie zum Beispiel ein Radialverdichter eines Turboladers, sind an sich bekannt und bedürfen daher im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr. So offenbart die EP 1 233 190 A1 eine Strömungsmaschine mit radial durchströmtem Verdichterrad.
[0003] Nach langem Betrieb unter ungünstigen Betriebsbedingungen kann das Verdichterrad einer solchen Strömungsmaschine durch Korrosion, Erosion und Alterung so stark geschwächt werden, dass ein Bersten des Verdichterrads nicht ausgeschlossen werden kann. Im Falle eines Verdichterradbruchs, bei welchem das Rad mindestens in zwei oder drei grosse Teilstücke zerbricht, werden diese Einzelteile durch erhebliche Zentrifugalkräfte nach aussen geschleudert. In diesem Fall können Bruchstücke aus dem Verdichtergehäuse austreten. Dabei werden die Verdichterradschaufeln völlig zerstört und der verbleibende Nabenkörper verklemmt sich zwischen dem Lagergehäuse und dem Verdichtergehäuse. Durch die Formgebung der Naben entsteht dabei eine Keilwirkung, die erhebliche impulsartige Axialkräfte auf die Gehäuse ausübt.
Dabei können Bruchstücke des Verdichterrads aber auch andere Maschinenteile aus der Strömungsmaschine austreten, was erhebliche Folgeschäden verursachen kann. Im Ergebnis wird im Schadensfall die Containmentsicherheit der gesamten Strömungsmaschine beeinträchtigt, was es zu vermeiden gilt.
[0004] Zur Gewährleistung der Containmentsicherheit von Strömungsmaschinen unter Verzicht auf einen zusätzlichen Berstschutz ausserhalb des Spiralgehäuses schlägt die EP 1 233 190 A1 vor, das Verdichtergehäuse zweiteilig aus einem äusseren Spiralgehäuse und einem inneren Gehäuseeinsatzstück auszubilden, wobei das innere Gehäuseeinsatzstück am äusseren Spiralgehäuse über eine flexible Fixierung angebaut ist. Diese flexible Fixierung, die der Befestigung des Gehäuseeinsatzstücks am Spiralgehäuse dient, ist weniger bruchsicher ausgebildet als eine starre Fixierung des Verdichtergehäuses, nämlich des äusseren Spiralgehäuses, am Lagergehäuse der Strömungsmaschine. Hierdurch wird durch den Stand der Technik gemäss EP 1 233 190 A1 ein Spiralgehäuse bereitgestellt, mit dem ein Austreten eines Bruchstücks bzw.
Teilstücks eines geborstenen Laufrads sicher vermieden werden kann. Die kinetische Energie von Bruchstücken eines berstenden Verdichterrads kann innerhalb der Strömungsmaschine vollständig in Verformungsenergie und Wärme umgewandelt werden.
[0005] Bei der Strömungsmaschine gemäss EP 1 233 190 A1 muss allerdings eine aufwendige und kostspielige Befestigung zwischen Gehäuseeinsatzstück und Spiralgehäuse gewählt werden.
[0006] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsmaschine mit radial durchströmtem Verdichterrad zu schaffen, die eine hohe Containmentsicherheit gewährleistet, und zu geringeren Herstellungskosten produziert werden kann. Ferner soll das als Ersatzteil vorgesehene Gehäuseeinsatzstück weiterhin leicht montierbar sein.
[0007] Diese Aufgabe wird durch eine Strömungsmaschine mit radial durchströmtem Verdichterrad und durch ein Gehäuseeinsatzstück gemäss der unabhängigen Patentansprüche der vorliegenden Erfindung gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
[0008] Gemäss vorliegender Erfindung ist eine Strömungsmaschine mit radial durchströmten! Verdichterrad vorgesehen, wobei ein äusseres Spiralgehäuse und ein inneres Gehäuseeinsatzstück das Verdichtergehäuse bilden. Das Gehäuseeinsatzstück bildet einen Luftdurchtrittskanal aus, und an einem ersten, an einem Lufteintritt des Luftdurchtrittskanals gelegenen Ende des Gehäuseeinsatzstücks ist ein Befestigungsmittel zum Fixieren des Gehäuseeinsatzstücks an dem Spiralgehäuse vorgesehen. Das Befestigungsmittel kann z.B. in Form von Bohrlöchern ausgebildet sein. An einem zweiten, gegenüberliegenden Ende des Gehäuseeinsatzstücks ist eine Halteeinrichtung vorgesehen. Im Falle eines Berstens des Verdichterrades werden die Bruchstücke des Verdichterrades gegen das innere Gehäuseeinsatzstück geschleudert.
Die dabei freiwerdenden, insbesondere zentrifugal wirkenden Kräfte der einzelnen Bruchstücke, werden mittels der erfindungsgemässen Halteeinrichtung in axial und radial auf das äussere Spiralgehäuse wirkende Druckkräfte gewandelt. Durch die Druckkräfte verklemmt das innere Gehäuseeinsatzstück in dem äusseren Spiralgehäuse.
[0009] Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Halteeinrichtung zum Verankern in dem Spiralgehäuse durch ein berstendes Verdichterrad vorwiegend oder aber auch nur zum Teil in radiale Richtung nach aussen gedrückt. Im Ergebnis erfolgt hier demnach durch die freiwerdenden Kräfte beim Bruch des Verdichtungsrades eine Verformung des inneren Gehäuseeinsatzstückes an Verformungsabschnitten. Diese Verformung führt zu einem Verklemmen des inneren Gehäuseeinsatzstückes in dem äusseren Spiralgehäuse der Strömungsmaschine.
Um die Wirkung des Verklemmens konstruktiv umzusetzen, werden aber auch spezielle Verformungsabschnitte vorgesehen, um zum einen möglichst viel, durch das Bersten des Verdichtungsrades frei werdende Energie in Verformungsenergie umzuwandeln, und zum anderen das Verklemmen von Spiralgehäuse und Gehäuseeinsatzstück über die Halteeinrichtung definiert einzuleiten. Besagte Verformungsabschnitte können aber auch oder nur in dem äusseren Spiralgehäuse vorgesehen sein.
[0010] In einer Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Spiralgehäuse eine Verankerungseinrichtung, z.B. in Form einer Nut, in der sich die Halteeinrichtung des Gehäuseeinsatzstücks verklemmt, vorgesehen. Die Verankerungseinrichtung ist dabei so auszugestalten, dass ein Brechen der Verankerungseinrichtung durch die impulsartig freiwerdenden Kräfte ausgeschlossen ist.
[0011] Die Kombination von Verklemmen und Verformen ermöglicht eine effiziente und wirksame Aufnahme und Umwandlung der frei werdenden Energie in Verformungs- und Wärmeenergie. Dadurch ergibt sich der für die Containmentsicherheit der Strömungsmaschine entscheidende Vorteil gegenüber dem Stand der Technik. Sofern es beim Bersten des Verdichterrades zu einer Änderung der Position des inneren Gehäuseeinsatzstückes kommt, bleibt das Gehäuseeinsatzstück doch weitgehend in dem äusseren Spiralgehäuse an dergleichen Stelle. Im Ergebnis können deshalb Bruchteile des Verdichterrades nicht das Innere der Strömungsmaschine verlassen und es werden auch keine anderen Teile der Strömungsmaschine über Impulskräfte aus der Strömungsmaschine geschleudert.
[0012] Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Halteeinrichtung in Form eines ringförmigen Steges an der Aussenseite eines Gehäuseeinsatzstückes ausgebildet. Eine Nut im äusseren Spiralgehäuse bildet die Verankerungseinrichtung. Die Nut ist dabei auf der dem Gehäuseeinsatzstück zugewandten Seite des Spiralgehäuses vorgesehen. Bricht das Verdichterrad, so wird der ringförmige Steg von der Aussenseite des Gehäuseeinsatzstückes nach aussen gedrückt und verklemmt in der Nut des Spiralgehäuses. Steg und Nut verklemmen formschlüssig und alle durch den Bruch des Verdichterrads frei werdenden Kräfte werden über das Spiralgehäuse abgeleitet, sofern sie nicht zuvor in Verformungs- und-Wärmeenergie gewandelt wurden.
[0013] Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verläuft der ringförmige Steg parallel zur Mittelachse des Gehäuseeinsatzstücks, wobei das freie Ende des Stegs in Richtung einer Lufteintrittsöffnung zeigt, und wird erst durch das Bersten des Verdichterrads zur Verankerung nach aussen in die Nut des Spiralgehäuses gedrückt.
[0014] Entsprechend dieser Ausgestaltung ist es möglich, das innere Gehäuseeinsatzstück ohne Schwierigkeiten in das äussere Spiralgehäuse zu montieren. Denn der ringförmige Steg bildet eine ebene Verlängerung des äusseren Umfangsabschnitts des Gehäuseeinsatzstücks, der zur formschlüssigen Montage an dem Spiralgehäuse verwendet wird. Damit wird es möglich das Gehäuseeinsatzstück zu demontieren ohne das Spiralgehäuse demontieren zu müssen. Das ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil es sich bei dem Gehäuseeinsatzstück um ein Ersatzteil handelt, das z.B. aufgrund Erosion verschleisst und bisweilen ausgewechselt werden muss. Die erfindungsgemässe Strömungsmaschine ist deshalb servicefreundlich und kann kostengünstig gewartet werden.
[0015] Aufgrund der Formgebung des Gehäuseeinsatzstücks an der Innenseite, d.h. der dem Verdichterrad zugewandten Seite, wird der ringförmige Steg erst beim Bersten des Verdichterrades in die Nut zur Verankerung gedrückt. Diese Konstruktion ist gegenüber einem auch denkbaren Bajonettverschluss dahingehend vorteilhaft, dass keine Fräsnuten in Längsrichtung des Spiralgehäuses vorgesehen werden müssen, um ein Gehäuseeinsatzstück mit einem nicht zur Mittelachse des Gehäuseeinsatzstücks parallelen Steg in das Spiralgehäuse montieren zu können.
[0016] Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der ringförmige Steg mindestens eine Elastizitätsnut auf. Durch die Elastizitätsnut ist eine kontrollierte Verformung des ringförmigen Stegs in radiale Richtung erst möglich. Durch das Aufbiegen des ringförmigen Stegs in die Nut des Spiralgehäuses beim Bersten des Verdichterrads, verändert sich der Querschnitt des ringförmigen Stegs. Durch das Einbringen von Elastizitätsnuten in regelmässigen Abständen auf dem Umfang des ringförmigen Stegs, kann der ringförmige Steg aufgebogen werden, ohne damit andere Segmente des nunmehr durch die Elastizitätsnuten unterteilten Stegs zu beeinträchtigen. Die Elastizitätsnuten sind vorzugsweise durchgängige Nuten, die sich vom freien Ende des Stegs in das Material erstrecken.
[0017] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das innere Gehäuseeinsatzstück an seiner Aussenseite mindestens ein Übertragungselement, z.B. in Form einer Rippe, zur Kraftübertragung von der Innenkontur des Gehäuseeinsatzstücks zum Steg hin auf. Damit das Bersten des Verdichterrads nicht nur das Gehäuseeinsatzstück verformt, sondern auch den Steg in definierter Weise in die Nut des äusseren Spiralgehäuses drückt, sind besagte Übertragungselemente in axialer Richtung des Gehäuseeinsatzstückes zwischen Steg und Aussenseite des Gehäuseeinsatzstückes vorgesehen. Vorteilhafterweise stehen die Übertragungselemente senkrecht auf den ringförmigen Steg und bilden so eine Brücke zwischen dem Teil des Gehäuseeinsatzstückes, der dem Verdichterrad zugewandt ist, und dem Steg.
Die Übertragungselemente sind vorzugsweise gleichmässig am Steg verteilt, so dass jedem Stegabschnitt, der durch oben erwähnte Elastizitätsnuten gebildet wird, mindestens ein Übertragungselement zur Verfügung steht.
[0018] Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Nut in dem äusseren Spiralgehäuse in einem Verformungsabschnitt ausgebildet. Als Verformungsabschnitt kann eine Rippe des Spiralgehäuses verwendet werden, so dass bei Eingriff in die Rippe des Spiralgehäuses sich auch ein Teil des äusseren Spiralgehäuses, nämlich die Rippe selbst, verformen kann und so die Energie des berstenden Verdichtungsrades in Verformungsenergie umwandelt. Ferner kann durch die Massnahme vermehrt Rippen vorzusehen, eine Gewichtsreduktion des Spiralgehäuses bewerkstelligt werden.
[0019] Für die nicht rotierenden Komponenten, die in der vorliegenden Erfindung erwähnt werden, wird die Verwendung von Werkstoffen mit einer Bruchdehnung von grösser oder gleich 5% vorgeschlagen.
[0020] Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung detailliert erläutert. Dabei zeigt:
<tb>Fig. 1<sep>einen Teillängsschnitt durch einen Radialverdichter mit Gehäuseeinsatzstück, wie er im Stand der Technik verwendet wird.
<tb>Fig. 2<sep>einen Teillängsschnitt durch einen erfindungsgemässen Radialverdichter als Strömungsmaschine an der Verbindungsstelle zwischen Gehäuseeinsatzstück und Spiralgehäuse.
<tb>Fig. 3<sep>eine Vergrösserung des dem Verdichterrad zugewandten Teils des Gehäuseeinsatzstückes.
<tb>Fig. 4<sep>einen Teilausschnitt einer Draufsicht auf den ringförmigen Steg des Gehäuseeinsatzstücks.
[0021] Fig. 1 zeigt einen Teillängsschnitt durch einen Radialverdichter des Standes der Technik. Der Abgasturbolader, der dieser Figur zugrunde liegt, besitzt eine in seinem mittleren Längsbereich in einem Lagergehäuse 1 gelagerte Welle 2, die an ihren über die Lagerung auskragenden Enden ein hier nicht dargestelltes Turbinenrad und ein in der Zeichnung schematisch dargestelltes radial durchströmtes Verdichterrad 3 trägt.
[0022] Das dargestellte Verdichterrad 3 besitzt eine auf der durch das Turbinenrad angetriebenen Welle 2 drehschlüssig aufgenommene Nabe 4, die umfangsseitig mit radial abstehenden Schaufeln 5 besetzt ist. Die Aussenkontur 6 der Nabe 4 beschreibt mit der Innenkontur 7 eines Verdichtergehäuses 8 einen von der axialen Richtung A in die radiale Richtung B umgelenkten, sich nach aussen verengenden Strömungskanal 9, dessen Querschnitt der Konfiguration der Schaufeln 5 entspricht. Das Verdichtergehäuse 8 ist mittels einer starren Fixierung 18 am Lagergehäuse 1 befestigt. Der Durchmesser der Nabe 4 und der Schaufel 5 nimmt vom Strömungseingang zum Strömungsausgang zu, so dass sich eine über der Länge des Verdichterrads 3 zunehmende Masseverteilung ergeben.
[0023] Das Verdichtergehäuse 8 ist aus einem äusseren am Lagergehäuse mittels der starren Fixierung 18 festgemachten Spiralgehäuse 10, das den in die radiale Richtung B nach aussen gelenkten Kanalabschnitt 11 des Strömungskanals 9 umfasst, und einem inneren Gehäuseeinsatzstück 12, das in radialer Richtung B zwischen dem Spiralgehäuse 10 und dem Verdichterrad 3 vorgesehen ist und dessen Innenkontur 13 mit der Aussenkontur 6 der Nabe 4 des Verdichterrades 3 den im Wesentlichen in axialer Richtung A verlaufenden Kanalabschnitt 14 des Strömungskanals 9 ausbildet, aufgebaut.
[0024] Fig. 2 zeigt nun die erfindungsgemäss abgeänderten Abschnitte an Spiralgehäuse und Gehäuseeinsatzstück des mit Fig. 1beschriebenen Standes der Technik. Die Fixierung 17 aus Fig. 1, die mittels einer aufwändigen und kostspieligen Schraubenkonstruktion umgesetzt wurde, kann entfallen, und wird durch eine DIN genormte Befestigungsschraube 22 ersetzt. An dem Gehäuse 30 des Gehäuseeinsatzstücks ist ein ringförmiger Steg 27 angebracht, der parallel zur Längsmittelachse des Gehäuseeinsatzstücks verläuft. Der ringförmige Steg 27 wird in Umfangsrichtung immer wieder von Rippen 25 gestützt, die der Kraftübertragung von einer dem Verdichterrad 3 zugewandten Innenkontur zu dem ringförmigen Steg dienen.
[0025] Auch am Spiralgehäuse 11 sind Rippen 26 vorgesehen, die beim Eingriff des ringförmigen Steges deformiert werden. Die Rippen im Spiralgehäuse weisen Nuten 28 auf, die so ausgebildet sind, dass der ringförmige Steg 27 bei Zerbersten des Verdichterrades 3 in der Nut 27 deformiert wird, und somit das Gehäuseeinsatzstück insgesamt geeignet abgebremst und in dem Spiralgehäuse gehalten wird. Vorteilhafterweise ist dabei die Form der Nut so gewählt, dass es nicht zu einem Ausbrechen der Nut kommt, sondern der Kräfteverlauf in der vorzugsweise verformbaren Rippe des Spiralgehäuses möglichst so gewählt ist, dass die durch das Bersten des Verdichterrades entstehende Kraft durch das Spiralgehäuse aufgenommen werden kann.
[0026] Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt X aus Fig. 2, d.h. den ringförmigen Steg 27 des Gehäuseeinsatzstückes 12. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf Fig. 3. In Fig. 4 ist die Elastizitätsnut 23 zu sehen, die von dem freien Ende des Stegs in das Material verläuft. Die Elastizitätsnut durchtrennt den ringförmigen Steg vollständig, so dass es möglich wird, einzelne Segmente des durch die Elastizitätsnuten aufgeteilten ringförmigen Stegs nach oben zu biegen.
Bezugszeichenliste
[0027]
<tb>1<sep>Lagergehäuse
<tb>2<sep>Welle
<tb>3<sep>Verdichterrad
<tb>4<sep>Nabe
<tb>5<sep>Schaufel
<tb>6<sep>Aussenkontur
<tb>7<sep>Innenkontur
<tb>8<sep>Verdichtergehäuse
<tb>9<sep>Strömungskanal
<tb>10<sep>Spiralgehäuse
<tb>11<sep>Kanalabschnitt
<tb>12<sep>Gehäuseeinsatzstück
<tb>13<sep>Innenkontur
<tb>14<sep>Kanalabschnitt
<tb>15<sep>Innenzylinder
<tb>16<sep>Hohlraum
<tb>17<sep>Fixierung
<tb>18<sep>Fixierung
<tb>19<sep>Wand
<tb>20<sep>Spitze
<tb>21<sep>Spalt
<tb>22<sep>Befestigungsschraube
<tb>23<sep>Elastizitätsnut
<tb>24<sep>Querschnitt
<tb>25<sep>Rippe
<tb>26<sep>Rippe
<tb>27<sep>Steg
<tb>28<sep>Nut
<tb>29<sep>Luftdurchtrittskanal
<tb>30<sep>Gehäuse
The invention relates to a turbomachine with radially flowed compressor wheel, and a housing insert for installation in a turbomachine.
The basic structure and operation of such flow machines, such as a centrifugal compressor of a turbocharger, are known per se and therefore need no further explanation in the present context. For example, EP 1 233 190 A1 discloses a turbomachine with a compressor wheel flowing radially through it.
After a long period of operation under unfavorable operating conditions, the compressor wheel of such a turbomachine can be so greatly weakened by corrosion, erosion and aging that rupture of the compressor wheel can not be ruled out. In the case of a compressor wheel break, in which the wheel breaks at least in two or three large sections, these items are thrown by considerable centrifugal forces to the outside. In this case, fragments may escape from the compressor housing. The compressor wheel blades are completely destroyed and the remaining hub body jammed between the bearing housing and the compressor housing. The shape of the hub creates a wedge effect, which exerts considerable pulse-like axial forces on the housing.
In this case, fragments of the compressor but also other machine parts leak out of the turbomachine, which can cause considerable consequential damage. As a result, the containment safety of the entire turbomachine is affected in case of damage, which should be avoided.
To ensure the containment safety of turbomachinery waiving an additional burst protection outside the volute casing, EP 1 233 190 A1 proposes to form the compressor housing in two parts from an outer volute casing and an inner casing insert, wherein the inner casing insert on the outer volute casing via a flexible Fixation is grown. This flexible fixation, which serves to fasten the housing insert piece to the volute casing, is designed to be less break-resistant than a rigid fixation of the compressor casing, namely the outer volute casing, on the bearing housing of the turbomachine. As a result, a spiral housing is provided by the prior art according to EP 1 233 190 A1, with which a leakage of a fragment or
Part of a broken impeller can be safely avoided. The kinetic energy of fragments of a bursting compressor wheel can be completely converted into deformation energy and heat within the turbomachine.
In the turbomachine according to EP 1 233 190 A1, however, a complex and costly attachment between housing insert and spiral housing must be selected.
Proceeding from this, the present invention seeks to provide a turbomachine with radially flowed compressor wheel, which ensures a high Containment security, and can be produced at lower production costs. Furthermore, intended as a spare part housing insert should continue to be easy to install.
This object is achieved by a turbomachine with radially flowed compressor wheel and by a housing insert according to the independent claims of the present invention. The dependent claims are advantageous embodiments of the invention.
According to the present invention is a turbomachine with radially flowed through! Compressor provided, wherein an outer volute casing and an inner housing insert form the compressor housing. The housing insert piece forms an air passageway, and at a first, located at an air inlet of the air passage channel end of the housing insert piece, a fastening means for fixing the housing insert is provided on the volute casing. The attachment means may e.g. be formed in the form of boreholes. At a second, opposite end of the housing insert a holding device is provided. In case of bursting of the compressor wheel, the fragments of the compressor wheel are thrown against the inner housing insert.
The thereby released, in particular centrifugally acting forces of the individual fragments are converted by means of the inventive holding device in axially and radially acting on the outer scroll housing pressure forces. Due to the pressure forces the inner housing insert jammed in the outer volute casing.
According to an advantageous embodiment, the holding device for anchoring in the spiral housing by a bursting compressor impeller predominantly or else only partially pressed in the radial direction to the outside. As a result, a deformation of the inner housing insert piece on deformation sections takes place here as a result of the forces released when the compacting wheel breaks. This deformation leads to a jamming of the inner housing insert in the outer volute casing of the turbomachine.
In order to implement the effect of jamming constructive, but also special deformation sections are provided to convert as much as possible, by the bursting of the compacting energy released energy into deformation energy, and on the other to initiate the jamming of the volute casing and housing insert piece defined on the holding device. However, said deformation sections can also or only be provided in the outer spiral housing.
In one embodiment of the invention, an anchoring device, e.g. in the form of a groove in which the holding device of the housing insert jammed, provided. The anchoring device is to be designed so that breaking of the anchoring device is excluded by the impulsively released forces.
The combination of jamming and deformation allows efficient and effective absorption and conversion of the released energy into deformation and heat energy. This results in the decisive advantage for the containment safety of the turbomachine over the prior art. If there is a change in the position of the inner Gehäuseinsatzstückes when bursting the compressor wheel, the Gehäuseeinsatzstück remains largely in the outer volute casing in the same place. As a result, therefore, fractions of the compressor wheel can not leave the interior of the turbomachine and no other parts of the turbomachine are thrown out of the turbomachine via impulse forces.
According to an advantageous embodiment of the invention, the holding device is designed in the form of an annular web on the outside of a housing insert piece. A groove in the outer spiral housing forms the anchoring device. The groove is provided on the housing insert facing side of the spiral housing. If the compressor wheel breaks, the annular web is pressed outwards from the outside of the housing insert and jammed in the groove of the volute casing. The web and groove jam positively and all released by the fracture of the compressor wheel forces are derived through the volute casing, unless they were previously converted into deformation and heat energy.
According to a further advantageous embodiment of the invention, the annular web extends parallel to the central axis of the housing insert, wherein the free end of the web pointing in the direction of an air inlet opening, and is pressed only by the bursting of the compressor wheel for anchoring to the outside in the groove of the spiral housing ,
According to this configuration, it is possible to mount the inner housing insert without difficulty in the outer spiral housing. Because the annular ridge forms a planar extension of the outer peripheral portion of the Gehäuseinsatzstücks, which is used for positive mounting on the volute casing. This makes it possible to disassemble the housing insert without having to disassemble the spiral housing. This is particularly advantageous because the housing insert is a spare part, e.g. due to erosion wears out and sometimes has to be replaced. The turbomachine according to the invention is therefore service-friendly and can be maintained cost-effectively.
Due to the shape of the housing insert on the inside, i. the side facing the compressor wheel, the annular web is pressed into the groove for anchoring only when bursting the compressor wheel. This construction is advantageous over a conceivable bayonet closure in that no milling grooves in the longitudinal direction of the spiral housing must be provided in order to mount a housing insert with a not parallel to the central axis of the housing insert piece web in the spiral housing can.
According to a further advantageous embodiment of the invention, the annular web has at least one elasticity groove. Due to the elasticity groove a controlled deformation of the annular web in the radial direction is only possible. By bending the annular web into the groove of the spiral housing when the compressor wheel ruptures, the cross section of the annular web changes. By introducing elasticity grooves at regular intervals on the circumference of the annular web, the annular web can be bent without affecting other segments of the now divided by the elastic grooves web. The elasticity grooves are preferably continuous grooves extending from the free end of the web into the material.
In a further advantageous embodiment of the invention, the inner Gehäuseinsatzstück on its outer side at least one transmission element, e.g. in the form of a rib, for transmitting power from the inner contour of the housing insert piece to the web. So that the bursting of the compressor wheel not only deforms the housing insert but also presses the web in a defined manner into the groove of the outer volute, said transmission elements are provided in the axial direction of the housing insert between the web and the outside of the housing insert. Advantageously, the transmission elements are perpendicular to the annular web and thus form a bridge between the part of the Gehäuseinsatzstückes, which faces the compressor wheel, and the web.
The transmission elements are preferably evenly distributed on the web, so that each web portion, which is formed by the above-mentioned elasticity grooves, at least one transmission element is available.
According to a further advantageous embodiment of the invention, the groove is formed in the outer spiral housing in a deformation section. As a deformation portion, a rib of the spiral housing can be used, so that when engaged in the rib of the spiral housing, also a part of the outer spiral casing, namely the rib itself, can deform and so converts the energy of the bursting Verdichtungsrades into deformation energy. Furthermore, by the measure increasingly provide ribs, a weight reduction of the spiral housing can be accomplished.
For the non-rotating components mentioned in the present invention, the use of materials having an elongation at break of greater than or equal to 5% is proposed.
An embodiment of the present invention will be explained in detail with reference to the accompanying drawings. Showing:
<Tb> FIG. 1 is a partial longitudinal section through a radial compressor with housing insert, as used in the prior art.
<Tb> FIG. 2 is a partial longitudinal section through a radial compressor according to the invention as a turbomachine at the connection point between the housing insert and the volute casing.
<Tb> FIG. 3 <sep> an enlargement of the compressor wheel facing part of the housing insert piece.
<Tb> FIG. 4 <sep> is a partial section of a plan view of the annular web of the housing insert.
Fig. 1 shows a partial longitudinal section through a radial compressor of the prior art. The exhaust gas turbocharger, which is the basis of this figure, has a mounted in its central longitudinal region in a bearing housing 1 shaft 2, which carries not shown here turbine wheel and a schematically illustrated in the drawing radially through compressor wheel 3 at its projecting over the bearing ends.
The illustrated compressor wheel 3 has a rotationally received on the shaft 2 driven by the turbine wheel hub 4, which is circumferentially occupied with radially projecting blades 5. The outer contour 6 of the hub 4 describes with the inner contour 7 of a compressor housing 8 a deflected from the axial direction A in the radial direction B, outwardly narrowing flow channel 9, whose cross section corresponds to the configuration of the blades 5. The compressor housing 8 is fixed by means of a rigid fixation 18 on the bearing housing 1. The diameter of the hub 4 and the blade 5 increases from the flow inlet to the flow outlet, resulting in an over the length of the compressor 3 increasing mass distribution.
The compressor housing 8 is made of an outer fixed to the bearing housing by means of the rigid fixation 18 spiral housing 10, which comprises the outwardly directed in the radial direction B channel portion 11 of the flow channel 9, and an inner Gehäuseinsatzstück 12, in the radial direction B between the spiral housing 10 and the compressor wheel 3 is provided and whose inner contour 13 with the outer contour 6 of the hub 4 of the compressor wheel 3 forms the substantially extending in the axial direction A channel portion 14 of the flow channel 9 constructed.
FIG. 2 now shows the modified sections according to the invention on spiral housing and housing insert piece of the prior art described with reference to FIG. 1. The fixation 17 of FIG. 1, which has been implemented by means of a complex and expensive screw design, can be omitted, and is replaced by a DIN standardized fastening screw 22. On the housing 30 of the Gehäuseinsatzstücks an annular ridge 27 is mounted, which extends parallel to the longitudinal central axis of the Gehäuseinsatzstücks. The annular web 27 is supported in the circumferential direction again and again by ribs 25, which serve the transmission of power from the compressor wheel 3 facing inner contour to the annular web.
Also on the spiral housing 11 ribs 26 are provided which are deformed during engagement of the annular web. The ribs in the spiral housing have grooves 28 which are formed so that the annular ridge 27 is deformed upon rupture of the compressor wheel 3 in the groove 27, and thus the housing insert piece is decelerated as appropriate and held in the volute casing. Advantageously, the shape of the groove is chosen so that it does not come to a breaking of the groove, but the force profile in the preferably deformable rib of the spiral housing is chosen as possible that the force resulting from the bursting of the compressor wheel can be absorbed by the volute ,
Fig. 3 shows a section X of Fig. 2, i. Fig. 4 shows a plan view of Fig. 3. In Fig. 4, the elasticity groove 23 can be seen extending from the free end of the web into the material. The elasticity groove completely cuts through the annular ridge, so that it becomes possible to bend up individual segments of the annular ridge divided by the elasticity grooves.
LIST OF REFERENCE NUMBERS
[0027]
<Tb> 1 <sep> bearing housing
<Tb> 2 <sep> wave
<Tb> 3 <sep> compressor
<Tb> 4 <sep> hub
<Tb> 5 <sep> shovel
<Tb> 6 <sep> outer contour
<Tb> 7 <sep> inner contour
<Tb> 8 <sep> compressor housing
<Tb> 9 <sep> flow channel
<Tb> 10 <sep> volute
<Tb> 11 <sep> channel section
<Tb> 12 <sep> housing insert
<Tb> 13 <sep> inner contour
<Tb> 14 <sep> channel section
<Tb> 15 <sep> inner cylinder
<Tb> 16 <sep> cavity
<Tb> 17 <sep> fixation
<Tb> 18 <sep> fixation
<Tb> 19 <sep> Wall
<Tb> 20 <sep> top
<Tb> 21 <sep> gap
<Tb> 22 <sep> fastening screw
<Tb> 23 <sep> Elastizitätsnut
<Tb> 24 <sep> section
<Tb> 25 <sep> rib
<Tb> 26 <sep> rib
<Tb> 27 <sep> Steg
<Tb> 28 <sep> Nut
<Tb> 29 <sep> air passage channel
<Tb> 30 <sep> Housing