CH703204A2 - Turbomachinery. - Google Patents
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Abstract
Turbomaschine (1) mit einem Lagergehäuse (30), einer drehbar in einem Innenraum (31) des Lagergehäuses (30) gelagerten Welle (40´; 40´´), einem über eine Schweissnaht (S´; S´´) stofflich mit einem Längsende (41´; 41´´) der Welle verbundenen und ausserhalb des Innenraums in einem Laufradraum (22) angeordneten Laufrad (25´; 25´´) sowie einer Dichtung (50), die umfänglich der Welle angeordnet ist, so dass der Innenraum gegen den Laufradraum abgedichtet ist, wobei die Dichtung zum Abdichten mit zwei einander gegenüberliegenden rotativen Dichtflächen (51´, 52´; 51´´; 52´´) zusammenwirkt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbomaschine bereitzustellen, bei der ein ungewolltes Lösen der Schweissverbindung zwischen Laufrad und Welle sicher verhindert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Dichtflächenmaterial wenigstens einer Dichtfläche der beiden Dichtflächen eine zwischen der Dichtung und dem Laufrad angeordnete Trennschicht (T´; T´´) bildet.Turbomachine (1) having a bearing housing (30), a rotatably mounted in an inner space (31) of the bearing housing (30) shaft (40 ', 40 "), one via a weld (S', S") materially with a Longitudinal end (41 ', 41 ") of the shaft and outside of the interior in an impeller space (22) arranged impeller (25', 25") and a seal (50) which is arranged circumferentially of the shaft, so that the interior is sealed against the impeller space, wherein the seal for sealing with two opposing rotary sealing surfaces (51 ', 52', 51 ", 52") cooperates. The invention has for its object to provide a turbomachine, in which an unwanted loosening of the welded joint between the impeller and shaft is reliably prevented. This is achieved in that a sealing surface material of at least one sealing surface of the two sealing surfaces forms a separating layer (T ', T ") arranged between the seal and the impeller.
Description
Beschreibung description
[0001 ] Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 . The invention relates to a turbomachine according to the preamble of patent claim 1.
[0002] Fig. 2 zeigt in Verbindung mit Fig. 1 eine Turbomaschine 1 der eingangsgenannten Art. Die Turbomaschine 1 ist in Form eines Turboladers mit einem Turboverdichter 10 und einer Abgasturbine 20 ausgebildet. Die Turbomaschine 1 weist ein Verdichtergehäuse 1 1 , ein Turbinengehäuse 21 und ein Verdichtergehäuse 1 1 und Turbinengehäuse 21 verbindendes Lagergehäuse 30 auf, welches aus Kugelgraphitguss hergestellt ist. Fig. 2 shows in connection with Fig. 1, a turbomachine 1 of the type mentioned. The turbomachine 1 is in the form of a turbocharger with a turbocompressor 10 and an exhaust gas turbine 20 is formed. The turbomachine 1 has a compressor housing 1 1, a turbine housing 21 and a compressor housing 1 1 and turbine housing 21 connecting bearing housing 30, which is made of nodular cast iron.
[0003] Die Turbomaschine 1 weist ferner eine aus Stahl hergestellte Welle 40 auf, die über eine Mehrzahl von Rotationslagern 42, 43 (hier zwei Radialgleitlagern 42 und einem Axialgleitlager 43) drehbar in einem Innenraum 31 (auch Ölraum genannt) des Lagergehäuses 30 gelagert ist. The turbomachine 1 further comprises a shaft made of steel 40, which is rotatably supported in a space 31 (also called oil chamber) of the bearing housing 30 via a plurality of rotary bearings 42, 43 (here two radial bearings 42 and a Axialgleitlager 43) ,
[0004] Wie Fig. 2 zeigt, ist an einem Längsende 41 der Welle 40 ein Laufrad 25 der Abgasturbine 20 vorgesehen, welches über eine Schweissnaht S stofflich mit dem Längsende 41 der Welle 40 verbunden ist und welches ausserhalb des Innenraums 31 des Lagergehäuses 30 in einem Laufradraum 22 des Turbinengehäuses 21 angeordnet ist. Das Laufrad As shown in FIG. 2, an impeller 25 of the exhaust gas turbine 20 is provided at a longitudinal end 41 of the shaft 40, which is materially connected via a weld S with the longitudinal end 41 of the shaft 40 and which outside of the interior 31 of the bearing housing 30 in an impeller space 22 of the turbine housing 21 is arranged. The impeller
25 ist aus einer Nickel-Basis-Legierung hergestellt. 25 is made of a nickel-based alloy.
[0005] Wie Fig. 2 ebenfalls zeigt, ist umfänglich der Welle 40 eine (oder mehrere) ringförmige Dichtung 50 in Form eines Kolbenrings angeordnet, so dass der Innenraum 31 des Lagergehäuses 30 gegen den Laufradraum 22 des Turbinengehäuses 21 abgedichtet ist. Die Dichtung 50 ist in einer Radialrichtung RR vorgespannt in eine Wandung 32 des Lagergehäuses 30 geklemmt, so dass die Dichtung 50 drehtest am Lagergehäuse 30 gehalten ist. Die Dichtung 50 ist aus Stahl oder aus einer Eisen-Graphit-Legierung hergestellt. As also shown in FIG. 2, circumferentially the shaft 40 is arranged one (or more) annular seal 50 in the form of a piston ring, so that the inner space 31 of the bearing housing 30 is sealed against the impeller space 22 of the turbine housing 21. The seal 50 is biased in a radial direction RR clamped in a wall 32 of the bearing housing 30 so that the seal 50 rotatably held on the bearing housing 30. The gasket 50 is made of steel or an iron-graphite alloy.
[0006] Zum Abdichten wirkt die Dichtung 50 mit zwei einander gegenüberliegenden rotativen Dichtflächen 51 , 52 zusammen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist eine erste Dichtfläche 51 der rotativen Dichtflächen 51 , 52 an einem Verbindungsende For sealing, the seal 50 cooperates with two opposing rotary sealing surfaces 51, 52 together. As can be seen from FIG. 2, a first sealing surface 51 of the rotary sealing surfaces 51, 52 is at a connecting end
26 des Laufrades 25 der Abgasturbine 20 ausgebildet und ist eine zweite Dichtfläche 52 der rotativen Dichtflächen 51 , 52 an dem Längsende 41 der Welle 40 ausgebildet. Beide Dichtflächen 51 , 52 sind jeweils als seitliche Flächen eines Ringbundes (nicht separat bezeichnet) ausgebildet, wobei von jedem Ringbund ein Fortsatz geringeren Durchmessers vorsteht. 26 of the impeller 25 of the exhaust gas turbine 20 is formed and a second sealing surface 52 of the rotary sealing surfaces 51, 52 at the longitudinal end 41 of the shaft 40 is formed. Both sealing surfaces 51, 52 are each formed as lateral surfaces of a collar (not separately designated), projecting from each collar an extension of smaller diameter.
[0007] Beide Fortsätze sind über die Schweissnaht S miteinander verbunden, so dass sich die Schweissnaht S im Bereich einer von den Dichtflächen 51 , 52 und den beiden Fortsätzen gebildeten Ringnut 53 befindet. Both extensions are connected to each other via the weld S, so that the weld S is located in the region of an annular groove 53 formed by the sealing surfaces 51, 52 and the two projections.
[0008] Bei einer derart ausgestalteten Schweissverbindung zwischen Laufrad 25 und Welle 40 haben sich in der Vergangenheit im Betrieb der Turbomaschine 1 immer wieder Schadensfälle in der Form ergeben, dass sich die Schweissverbindung zwischen Laufrad 25 und Welle 40 ungewollt gelöst hat. In such a configured welding connection between the impeller 25 and shaft 40 have in the past during operation of the turbomachine 1 repeatedly emerge damage in the form that the welding connection between the impeller 25 and shaft 40 has unintentionally solved.
[0009] Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Turbomaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bereitzustellen, wobei ein ungewolltes Lösen der Schweissverbindung zwischen Laufrad und Welle sicher verhindert wird. The invention is therefore based on the object to provide a turbomachine according to the preamble of claim 1, wherein an unwanted loosening of the welded connection between the impeller and shaft is reliably prevented.
[0010] Dies wird mit einer Turbomaschine gemäss Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. This is achieved with a turbomachine according to claim 1. Further developments of the invention are defined in the dependent claims.
[0011 ] Gemäss der Erfindung wird bereitgestellt eine Turbomaschine mit einem Lagergehäuse, einer drehbar in einem Innenraum des Lagergehäuses gelagerten Welle, einem über eine Schweissnaht stofflich mit einem Längsende der Welle verbundenen und ausserhalb des Innenraums in einem Laufradraum angeordneten Laufrad sowie einer Dichtung, die umfänglich der Welle angeordnet ist, so dass der Innenraum gegen den Laufradraum abgedichtet ist, wobei die Dichtung zum Abdichten mit zwei einander gegenüberliegenden rotativen Dichtflächen zusammenwirkt. Die Welle ist bevorzugt mittels einer Reibschweissung mit dem Laufrad verbunden. Die erfindungsgemässe Turbomaschine zeichnet sich dadurch aus, dass ein Dichtflächenmaterial wenigstens einer Dichtfläche der beiden Dichtflächen eine zwischen der Dichtung und dem Laufrad angeordnete Trennschicht bildet. According to the invention there is provided a turbomachine with a bearing housing, a rotatably mounted in an interior of the bearing housing shaft, a connected via a weld material with a longitudinal end of the shaft and outside the interior in an impeller space arranged impeller and a seal, the circumferential the shaft is arranged so that the inner space is sealed against the impeller space, wherein the seal for sealing cooperates with two opposing rotary sealing surfaces. The shaft is preferably connected to the impeller by friction welding. The turbomachine according to the invention is characterized in that a sealing surface material of at least one sealing surface of the two sealing surfaces forms a separating layer arranged between the seal and the impeller.
[0012] Erfindungsgemäss wurde erkannt, dass je nach den angewendeten Schweissparametern, insbesondere Reibschweissparametern, die Schweissnaht um einige Millimeter in einer Axialrichtung von Bauteil zu Bauteil variieren kann. Je nach den aktuellen Platzverhältnissen kann dies beim Stand der Technik dazu führen, dass die bevorzugt metallische Dichtung metallischen Kontakt zum Laufradmaterial hat. According to the invention it has been recognized that, depending on the welding parameters used, in particular Reibschweissparametern, the weld can vary by a few millimeters in an axial direction from component to component. Depending on the current space conditions, this may result in the prior art that the preferred metallic seal has metallic contact with the impeller material.
[0013] Konstruktionsbedingt dreht sich die Dichtung im Betrieb einer Turbomaschine nicht mit und hat metallischen Kontakt zur Welle, wodurch es zu Reibung zwischen Welle und Dichtung kommt. Insbesondere beim Einlaufvorgang kommt es dadurch zu teils erheblicher Wärmebildung. Hat die Dichtung Kontakt zum Laufradmaterial, wie es durch o.g. Variation nicht ausgeschlossen ist, kann das Laufradmaterial schmelzen, weil es einen geringeren Schmelzpunkt hat als das Dichtungsmaterial. In der Folge schmilzt das Laufradmaterial auf die Dichtung auf und löst sich von der Welle. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis die Schweissnaht so weit geschwächt ist, dass das Laufrad von der Welle abbricht. By design, the seal does not rotate with the operation of a turbomachine and has metallic contact with the shaft, resulting in friction between shaft and seal. In particular, during the inlet process, this leads to some significant heat generation. Does the gasket contact the impeller material as indicated by o.g. Variation is not excluded, the impeller material may melt because it has a lower melting point than the sealing material. As a result, the impeller material melts on the seal and detaches from the shaft. This process is repeated until the weld has weakened so much that the impeller breaks off from the shaft.
[0014] Gemäss einem Lösungsansatz wurde versucht, die Rotationsreibung zwischen Dichtung und Laufradwerkstoff zu reduzieren, wobei Versuche mit reibungsmindernden Beschichtungen durchgeführt wurden. Diese Beschichtungen haben sich jedoch als nicht zielführend erwiesen, weil sie allenfalls die Wirkung der Schadensursache reduzieren, sie aber nicht beheben. According to one approach, attempts have been made to reduce the rotational friction between the seal and the impeller material, wherein tests were carried out with friction-reducing coatings. However, these coatings have proven to be ineffective because they reduce the effect of the cause of the damage at most, but they do not remedy.
2 [0015] Durch die erfindungsgemäss vorgesehene Trennschicht zwischen Dichtung und Laufrad, welche eine Wärmeisolierung zwischen Dichtung und Laufrad bereitstellt, wird ein metallischer Reibkontakt von Dichtung und Laufradmaterial und damit ein ungewolltes durch Aufschmelzen Lösen der Schweissverbindung zwischen Laufrad und Welle sicher verhindert. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäss sicher vermieden, dass das Laufradmaterial metallischen Reibkontakt mit einem stehenden Bauteil wie der Dichtung hat. Die Ursache des Schadensmechanismus wird somit vermieden und Betriebssicherheit hergestellt. By the invention provided for separating layer between the seal and the impeller, which provides a thermal insulation between the seal and impeller, a metallic frictional contact of seal and impeller material and thus unwanted by melting releasing the weld joint between the impeller and shaft is reliably prevented. In other words, it is safely avoided according to the invention that the impeller material has metallic frictional contact with a stationary component such as the seal. The cause of the damage mechanism is thus avoided and reliability established.
[0016] Die wärmeisolierende Trennschicht ist bevorzugt so ausgebildet (z.B. hinsichtlich ihrer axialen Dickenabmessung und/oder ihres Materials), dass eine im Betrieb der Turbomaschine rotationsreibungsbedingt an der Schweissnaht auftretende Maximaltemperatur unter einer Schmelztemperatur des Laufradmaterials liegt. The heat-insulating separating layer is preferably formed (for example with respect to its axial thickness and / or its material) such that a maximum temperature occurring at the weld seam during operation of the turbomachine is below a melting temperature of the impeller material.
[0017] Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Dichtflächen aus ein und demselben Dichtflächenmaterial hergestellt. According to one embodiment of the invention, the two sealing surfaces are made of one and the same sealing surface material.
[0018] Auf diese Weise können die Dichtflächen optimal und besonders einfach und damit kostengünstig auf die Rotationsreibung mit der Dichtung abgestimmt werden. In this way, the sealing surfaces can be optimally and particularly easily and thus cost-effectively matched to the rotational friction with the seal.
[0019] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Dichtflächen gemeinsam an einer einzigen Dichtflächenkomponente der Turbomaschine ausgebildet. According to a further embodiment of the invention, the two sealing surfaces are formed together on a single sealing surface component of the turbomachine.
[0020] Damit können die beim Stand der Technik vorhandenen Schweissparameter bedingten Toleranzen in der axialen Anordnung der Dichtflächen zuverlässig vermieden bzw. reduziert werden, so dass der metallische Reibkontakt zwischen Dichtung und Dichtflächen zuverlässig konfiguriert werden kann. Thus, the existing in the prior art welding parameters conditional tolerances in the axial arrangement of the sealing surfaces can be reliably avoided or reduced, so that the metallic friction contact between the seal and sealing surfaces can be reliably configured.
[0021 ] Gemäss noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Dichtflächenkomponente von der Welle gebildet. According to yet another embodiment of the invention, the sealing surface component is formed by the shaft.
[0022] Die Schweissnaht wird demnach so weit in Richtung Laufrad verschoben oder die Dichtstelle wird so weit in Richtung Rotationslagerung verschoben, dass ein metallischer Reibkontakt zwischen Laufrad Werkstoff und Dichtung sicher vermieden wird. Mit anderen Worten ist die Schweissnaht in dem Laufradraum oder direkt an diesen angrenzend angeordnet. Vorteilig ist hieran u.a., dass ein radialer Durchmesser der Dichtstelle klein gehalten werden kann, wobei allerdings ein etwas vergrösserter axialer Bauraum entsteht. The weld is therefore moved so far in the direction of the impeller or the sealing point is shifted so far in the direction of rotational support that a metallic frictional contact between the impeller material and seal is reliably avoided. In other words, the weld is arranged in the impeller space or directly adjacent to it. It is advantageous, inter alia, that a radial diameter of the sealing point can be kept small, although a somewhat larger axial space is created.
[0023] Da die Welle in der Regel aus Stahlmaterial hergestellt ist, hält diese hinsichtlich ihres Schmelzpunktes zuverlässig den bei Rotationsreibung mit der Dichtung entstehenden Wärmebelastungen stand, wobei das Stahlmaterial einer näher zu dem Laufrad angeordneten Dichtfläche der beiden Dichtflächen die wärmeisolierende Trennschicht bildet. Since the shaft is usually made of steel material, this holds in terms of their melting point reliably with the rotational friction with the seal resulting heat loads, the steel material forms a closer to the impeller arranged sealing surface of the two sealing surfaces, the heat insulating separating layer.
[0024] Gemäss noch einer Ausführungsform der Erfindung ist die Dichtflächenkomponente von einer Hülse gebildet, die auf dem Längsende der Welle befestigt ist. Vorteilig ist hieran u.a., dass ein etwas kürzerer axialer Bauraum entsteht, wobei allerdings durch die Hülse ein etwas vergrösserter radialer Bauraum entsteht. In diesem Fall ist die Schweissnaht bevorzugt zwischen dem Laufradraum und dem Innenraum des Lagergehäuses angeordnet. According to yet another embodiment of the invention, the sealing surface component is formed by a sleeve which is fixed on the longitudinal end of the shaft. An advantage of this is, inter alia, that a somewhat shorter axial space is created, however, due to the sleeve, a somewhat increased radial space is created. In this case, the weld seam is preferably arranged between the impeller space and the interior of the bearing housing.
[0025] Bevorzugt ist die Hülse so ausgebildet (z.B. hinsichtlich ihrer radialen Dickenabmessung und/oder ihres Materials), dass die im Betrieb der Turbomaschine rotationsreibungsbedingt an der Schweissnaht auftretende Maximaltemperatur unter der Schmelztemperatur des Laufradmaterials liegt. Preferably, the sleeve is formed (e.g., in terms of its radial thickness and / or material) such that the maximum temperature occurring at the weld seam during operation of the turbomachine is below the melting temperature of the impeller material due to rotational friction.
[0026] Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Hülse über das Längsende der Welle hinaus bis in den Laufradraum hinein, wobei ein über die Schweissnaht mit dem Längsende der Welle verbundenes Verbindungsende des Laufrades in die Hülse eingesetzt ist. Bevorzugt ist dabei das Verbindungsende des Laufrades spielfrei in die Hülse eingepasst. According to one embodiment of the invention, the sleeve extends beyond the longitudinal end of the shaft out into the impeller space, wherein a connected via the weld with the longitudinal end of the shaft connecting end of the impeller is inserted into the sleeve. Preferably, the connecting end of the impeller is fitted without play in the sleeve.
[0027] Damit stützt die Hülse das Verbindungsende des Laufrades zusätzlich gegen Biegebeanspruchungen ab und erhöht damit die Ausfallsicherheit der Schweissverbindung. Thus, the sleeve supports the connection end of the impeller additionally against bending stresses and thus increases the reliability of the welded connection.
[0028] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hülse aus Stahl oder aus einer Eisen-Basis-Legierung hergestellt, welche hinsichtlich ihres Schmelzpunktes zuverlässig den bei Rotationsreibung mit der Dichtung entstehenden Wärmebelastungen standhält. According to a further embodiment of the invention, the sleeve is made of steel or of an iron-based alloy, which reliably with respect to its melting point withstand the resulting in rotational friction with the seal heat loads.
[0029] Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben. In the following the invention with reference to preferred embodiments and with reference to the accompanying figures will be described in more detail.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische teilweise geschnittene Ansicht einer in Form eines Turboladers ausgebildeten Turbomaschine. Fig. 1 shows a perspective partially sectioned view of a turbocharger formed in the form of a turbocharger.
Fig. 2 zeigt in schematischer Längsschnittansicht eine gemäss dem Stand der Technik konfigurierte Variante der Turbomaschine von Fig. 1 . FIG. 2 shows, in a schematic longitudinal sectional view, a variant of the turbomachine of FIG. 1 configured according to the prior art.
Fig. 3 zeigt in schematischer Längsschnittansicht eine gemäss einer Ausführungsform der Erfindung konfigurierte Variante der Turbomaschine von Fig. 1 . 3 shows a schematic longitudinal sectional view of a variant of the turbomachine of FIG. 1 configured according to an embodiment of the invention.
3 Fig. 4 zeigt in schematischer Längsschnittansicht eine gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung konfigurierte Variante der Turbomaschine von Fig. 1 . 3 shows a schematic longitudinal sectional view of a variant of the turbomachine of FIG. 1 configured according to a further embodiment of the invention.
[0030] Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 3 eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In the following, a first embodiment of the invention will be described with reference to Figs. 1 and 3.
[0031 ] Die erfindungsgemässe Turbomaschine 1 ist in Form eines Turboladers mit einem Turboverdichter 10 und einer Abgasturbine 20 ausgebildet. Die Turbomaschine 1 weist ein Verdichtergehäuse 1 1 , ein Turbinengehäuse 21 und ein Verdichtergehäuse 1 1 und Turbinengehäuse 21 verbindendes Lagergehäuse 30 auf, welches aus Kugelgraphitguss hergestellt ist. The turbomachine 1 according to the invention is in the form of a turbocharger with a turbocompressor 10 and an exhaust gas turbine 20. The turbomachine 1 has a compressor housing 1 1, a turbine housing 21 and a compressor housing 1 1 and turbine housing 21 connecting bearing housing 30, which is made of nodular cast iron.
[0032] Die Turbomaschine 1 weist ferner eine aus Stahl hergestellte Welle 40<'>auf, die über eine Mehrzahl von Rotationslagern 42, 43 (hier zwei Radialgleitlagern 42 und einem Axialgleitlager 43) drehbar in einem Innenraum 31 (auch Ölraum genannt) des Lagergehäuses 30 gelagert ist. The turbomachine 1 further comprises a shaft made of steel 40 <'>, via a plurality of rotary bearings 42, 43 (here two radial bearings 42 and a Axialgleitlager 43) rotatably in an inner space 31 (also called the oil chamber) of the bearing housing 30 is stored.
[0033] Wie Fig. 3 zeigt, ist an einem Längsende 41<'>der Welle 40<'>ein Laufrad 25<'>der Abgasturbine 20 vorgesehen, welches über eine Schweissnaht S’ stofflich mit dem Längsende 41<'>der Welle 40<'>verbunden ist und welches ausserhalb des Innenraums 31 des Lagergehäuses 30 in einem Laufradraum 22 des Turbinengehäuses 21 angeordnet ist. Das Laufrad 25<'>ist aus einer Nickel-Basis-Legierung hergestellt. As shown in FIG. 3, at a longitudinal end 41 <'> of the shaft 40 <'> an impeller 25 <'> of the exhaust gas turbine 20 is provided, which via a weld S' materially with the longitudinal end 41 <'> of the shaft 40 <'> is connected and which is arranged outside the interior 31 of the bearing housing 30 in an impeller space 22 of the turbine housing 21. The impeller 25 <'> is made of a nickel-based alloy.
[0034] Wie Fig. 3 ebenfalls zeigt, ist umfänglich der Welle 40<'>eine ringförmige Dichtung 50 in Form eines Kolbenrings angeordnet, so dass der Innenraum 31 des Lagergehäuses 30 gegen den Laufradraum 22 des Turbinengehäuses 21 abgedichtet ist. Die Dichtung 50 ist in einer Radialrichtung RR vorgespannt in eine Wandung 32 des Lagergehäuses 30 geklemmt, so dass die Dichtung 50 drehtest am Lagergehäuse 30 gehalten ist. As also shown in FIG. 3, an annular seal 50 in the form of a piston ring is arranged circumferentially around the shaft 40, so that the interior 31 of the bearing housing 30 is sealed against the impeller space 22 of the turbine housing 21. The seal 50 is biased in a radial direction RR clamped in a wall 32 of the bearing housing 30 so that the seal 50 rotatably held on the bearing housing 30.
[0035] Die Dichtung 50 ist aus Stahl oder aus einer Eisen-Graphit-Legierung hergestellt. Zum Abdichten wirkt die Dichtung 50 mit zwei einander gegenüberliegenden rotativen Dichtflächen 51<'>, 52<'>zusammen, welche als seitliche Begrenzungsflächen einer in die Welle 40<'>eingestochenen Ringnut 53<'>ausgebildet sind. The gasket 50 is made of steel or an iron-graphite alloy. For sealing, the seal 50 cooperates with two opposing rotary sealing surfaces 51 '', 52 '' ', which are formed as lateral boundary surfaces of an annular groove 53' '' inserted in the shaft 40 ''.
[0036] Wie aus Fig. 3 ersichtlich, bildet das Dichtflächenmaterial (hier das Stahlmaterial der Welle 40<'>) einer näher am Laufrad 25<'>der Abgasturbine 20 angeordneten ersten Dichtfläche 51<'>der beiden Dichtflächen 51<'>, 52<'>eine zwischen der Dichtung 50 und dem Laufrad 25<'>angeordnete wärmeisolierende Trennschicht T<'>, welche in Axialrichtung AR mit einer solchen Dickenabmessung D’ ausgeführt ist, dass eine im Betrieb der Turbomaschine 1 rotationsreibungsbedingt an der Schweissnaht S<'>auftretende Maximaltemperatur unter einer Schmelztemperatur des Laufradmaterials (hier der Nickel-Basis-Legierung) liegt. 3, the sealing surface material (here the steel material of the shaft 40 <'>) forms a closer to the impeller 25 <'> the exhaust gas turbine 20 arranged first sealing surface 51 <'> of the two sealing surfaces 51 <'>, 52 <'> a between the seal 50 and the impeller 25 <'> arranged heat-insulating separating layer T <'>, which is designed in the axial direction AR with such a thickness D' that during operation of the turbomachine 1 rotation due to friction on the weld S < '> occurring maximum temperature is below a melting temperature of the impeller material (here the nickel-based alloy).
[0037] Die erfindungsgemäss angeordnete Schweissnaht S<'>ist gegenüber der in Fig. 2 gezeigten Schweissnaht S so weit axial in Richtung Laufrad 25<'>verschoben bzw. die von der Dichtung 50 und den Dichtflächen 51<'>, 52<'>gebildete Dichtstelle ist so weit axial in Richtung der Rotationslager 42, 43 verschoben, dass ein metallischer Reibkontakt zwischen Laufradmaterial und Dichtung 50 sicher vermieden wird. The welding seam S <'> arranged according to the invention is shifted so far axially in the direction of the impeller 25 <'> in relation to the weld seam S shown in FIG. 2, or that of the seal 50 and the sealing surfaces 51 <'>, 52 <'. > Formed sealing point is shifted so far axially in the direction of the rotary bearings 42, 43, that a metallic frictional contact between the impeller material and seal 50 is reliably avoided.
[0038] Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die erfindungsgemäss angeordnete Schweissnaht S’ in dem Laufradraum 22 oder direkt an diesen angrenzend angeordnet. Vorteilig ist hieran u.a., dass ein radialer Durchmesser der Dichtstelle klein gehalten werden kann, wobei allerdings ein etwas vergrösserter axialer Bauraum entsteht. As can be seen from FIG. 3, the welding seam S 'arranged according to the invention is arranged in the impeller space 22 or directly adjacent to it. It is advantageous, inter alia, that a radial diameter of the sealing point can be kept small, although a somewhat larger axial space is created.
[0039] Gemäss der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden hier aus ein und demselben Dichtflächenmaterial hergestellten Dichtflächen 51<'>, 52<'>gemeinsam an einer einzigen Dichtflächenkomponente der Turbomaschine 1 ausgebildet, nämlich hier an der Welle 40<'>. According to the embodiment of the invention shown in FIG. 3, the two sealing surfaces 51 '', 52 '' 'produced here from one and the same sealing surface material are jointly formed on a single sealing surface component of the turbomachine 1, namely here on the shaft 40 < '>.
[0040] Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 4 eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform der Erfindung ähnelt der ersten Ausführungsform der Erfindung, weshalb im Folgenden im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen wird, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie bei Fig. 3 und abweichende Elemente mit Doppelapostroph versehenen Bezugszeichen bezeichnet sind. In the following, a second embodiment of the invention will be described with reference to Figs. 1 and 4. The second embodiment of the invention is similar to the first embodiment of the invention, which is why below essentially addresses only the differences, wherein like elements are designated by like reference numerals as in Fig. 3 and different elements with double apostrophe provided reference numerals.
[0041 ] Die Turbomaschine 1 weist eine aus Stahl hergestellte Welle 40» auf, die wieder über eine Mehrzahl von Rotationslagern 42, 43 (zwei Radialgleitlagern 42 und einem Axialgleitlager 43) drehbar im Innenraum 31 des Lagergehäuses 30 gelagert ist. The turbomachine 1 has a shaft made of steel 40, which is rotatably supported again in the interior 31 of the bearing housing 30 via a plurality of rotary bearings 42, 43 (two radial plain bearings 42 and a Axialgleitlager 43).
[0042] Wie Fig. 4 zeigt, ist an einem Längsende 41<">der Welle 40<">ein Laufrad 25<">der Abgasturbine 20 vorgesehen, welches über eine Schweissnaht S<">stofflich mit dem Längsende 41<">der Welle 40<">verbunden ist und welches ausserhalb des Innenraums 31 des Lagergehäuses 30 im Laufradraum 22 des Turbinengehäuses 21 angeordnet ist. Das Laufrad 25<">ist wieder aus einer Nickel-Basis-Legierung hergestellt. As shown in FIG. 4, an impeller 25 <>> of the exhaust gas turbine 20 is provided at a longitudinal end 41 <"> of the shaft 40 <">, which has a weld seam S <"> material with the longitudinal end 41 <"> the shaft 40 <"> is connected and which is arranged outside the interior 31 of the bearing housing 30 in the impeller chamber 22 of the turbine housing 21. The impeller 25 <"> is again made of a nickel-based alloy.
[0043] Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist hier die Schweissnaht S<">zwischen dem Laufradraum 22 und dem Innenraum 31 des Lagergehäuses 30 angeordnet. As can be seen from FIG. 4, here the weld seam S <"> is arranged between the impeller space 22 and the inner space 31 of the bearing housing 30.
[0044] Wie Fig. 4 ebenfalls zeigt, ist umfänglich der Welle 40<">die ringförmige Dichtung 50 in Form eines Kolbenrings angeordnet, so dass der Innenraum 31 des Lagergehäuses 30 gegen den Laufradraum 22 des Turbinengehäuses 21 abgedichtet ist. Die Dichtung 50 ist in Radialrichtung RR vorgespannt in die Wandung 32 des Lagergehäuses 30 geklemmt, so dass die Dichtung 50 drehtest am Lagergehäuse 30 gehalten ist. 4, the annular seal 50 in the form of a piston ring is arranged circumferentially around the shaft 40, so that the interior 31 of the bearing housing 30 is sealed against the impeller space 22 of the turbine housing 21. The seal 50 is biased in the radial direction RR clamped in the wall 32 of the bearing housing 30 so that the seal 50 rotatably on the bearing housing 30 is held.
4 [0045] Die aus Stahl oder aus einer Eisen-Graphit-Legierung hergestellte Dichtung 50 wirkt wieder mit zwei einander gegenüberliegenden rotativen Dichtflächen 51<">, 52<">zusammen. 4 The seal 50 made of steel or of an iron-graphite alloy cooperates again with two mutually opposite rotary sealing surfaces 51 '', 52 '' '.
[0046] Gemäss der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden hier aus ein und demselben Dichtflächenmaterial hergestellten Dichtflächen 51<">, 52<">gemeinsam an einer einzigen Dichtflächenkomponente der Turbomaschine 1 ausgebildet, nämlich hier an einer Hülse 60<">, die auf dem Längsende 41<">der Welle 40<">befestigt ist. Die beiden einander gegenüberliegenden rotativen Dichtflächen 51<">, 52<">sind als seitliche Begrenzungsflächen einer in die Hülse 60<">eingestochenen Ringnut 53<">ausgebildet. According to the embodiment of the invention shown in FIG. 4, the two sealing surfaces 51 '', 52 '' produced here from one and the same sealing surface material are jointly formed on a single sealing surface component of the turbomachine 1, namely here on a sleeve 60 < ">, which is fastened on the longitudinal end 41" "of the shaft 40." The two oppositely disposed rotary sealing surfaces 51 "', 52"' are used as lateral boundary surfaces of an annular groove 53 inserted into the sleeve 60 "" < "> formed.
[0047] Vorteilig ist hieran u.a., dass gegenüber der Ausführungsform von Fig. 3 ein etwas kürzerer axialer Bauraum entsteht, wobei allerdings durch die Hülse 60<">ein etwas vergrösserter radialer Bauraum entsteht. Advantageously, this is, inter alia, that compared to the embodiment of Fig. 3, a slightly shorter axial space is created, however, through the sleeve 60 <>> a slightly enlarged radial space is created.
[0048] Die aus Stahl oder aus einer Eisen-Basis-Legierung hergestellte Hülse 60<">erstreckt sich über das Längsende 41<">der Welle 40<">hinaus bis in den Laufradraum 22 hinein, wobei ein über die Schweissnaht S<">mit dem Längsende 41<">der Welle 40<">verbundenes Verbindungsende 26<">des Laufrades 25<">in die Hülse 60<">eingesetzt und insbesondere spielfrei in die Hülse 60<">eingepasst ist. The made of steel or an iron-based alloy sleeve 60 <"> extends beyond the longitudinal end 41 <"> the shaft 40 <"> out into the impeller space 22, wherein a weld over the seam S < "> with the longitudinal end 41 <"> the shaft 40 <"> connected connection end 26 <"> of the impeller 25 <"> inserted into the sleeve 60 <"> and in particular in the sleeve 60 <"> fitted without play.
[0049] Wie aus Fig. 4 ersichtlich, bildet das Dichtflächenmaterial (hier das Stahlmaterial oder das Eisen-Basis-Legierungsmaterial der Hülse 60<">) der beiden Dichtflächen 51<">, 52<">eine zwischen der Dichtung 50 und dem Laufrad 25<">angeordnete wärmeisolierende Trennschicht T<">, welche in Radialrichtung RR mit einer solchen Dickenabmessung D<">ausgeführt ist, dass eine im Betrieb der Turbomaschine 1 rotationsreibungsbedingt an der Schweissnaht S<">auftretende Maximaltemperatur unter der Schmelztemperatur des Laufradmaterials (Nickel-Basis-Legierung) liegt. As can be seen from Fig. 4, the sealing surface material (here the steel material or the iron-based alloy material of the sleeve 60 <">) of the two sealing surfaces 51 <">, 52 <"> forms between the seal 50 and the Impeller 25 <"> arranged heat-insulating separating layer T <">, which is designed in the radial direction RR with such a thickness dimension D <"> that a rotational friction due to the welding seam S <"> occurring during operation of the turbomachine 1 maximum temperature below the melting temperature of the impeller material (Nickel-based alloy) is located.
[0050] Versuche haben gezeigt, dass bei Verwendung der beschriebenen Materialkombination, die Dicke D<">der Trennschicht T<">etwa der Dicke B der Dichtung 50 entsprechen sollte, oder grosser dimensioniert sein sollte. Experiments have shown that when using the combination of materials described, the thickness D <"> of the separation layer T <"> should correspond approximately to the thickness B of the seal 50, or should be dimensioned larger.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
[0051] [0051]
I Turbomaschine 10 Turboverdichter I Turbomachine 10 turbo-compressor
I I Verdichtergehäuse I I compressor housing
20 Abgasturbine 20 exhaust gas turbine
21 Turbinengehäuse 21 turbine housing
22 Laufrad räum 22 impeller room
25 Laufrad 25<'>Laufrad 25<">Laufrad 25 Impeller 25 <'> Impeller 25 <"> Impeller
26 Verbindungsende 26<'>Verbindungsende 26<">Verbindungsende 26 connection end 26 <'> connection end 26 <"> connection end
30 Lagergehäuse 30 bearing housing
31 Innenraum 31 interior
32 Wandung 32 wall
40 Welle 40<'>Welle 40<">Welle 40 shaft 40 <'> shaft 40 <"> shaft
41 Längsende 41<'>Längsende 41<">Längsende 41 longitudinal end 41 <'> longitudinal end 41 <"> longitudinal end
5 5
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