CH713507B1

CH713507B1 - Turbolader.

Info

Publication number: CH713507B1
Application number: CH00148/18A
Authority: CH
Inventors: Hossbach Björn; Uhlenbrock Santiago
Original assignee: Man Energy Solutions Se
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2022-01-14
Also published as: CH713507A2; CN108506054A; JP2018162784A; DE102017104001A1; KR20180099509A; US20180245482A1

Abstract

Turbolader, mit einer Turbine (1) zur Entspannung eines ersten Mediums, mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei die Turbine (1) ein Turbinengehäuse (3) mit einem Turbinenzuströmgehäuse (4) und einen Turbinenrotor (6) aufweist, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und einen mit dem Turbinenrotor (6) über eine Welle (7) gekoppelten Verdichterrotor aufweist, wobei das Turbinengehäuse (3) und das Verdichtergehäuse jeweils mit einem zwischen denselben angeordneten Lagergehäuse (2), in welchem die Welle (7) gelagert ist, verbunden sind, und wobei das Turbinenzuströmgehäuse (4) und das Lagergehäuse (2) an aneinander angrenzenden Flanschen (9, 10) derart über Befestigungseinrichtungen (11) miteinander verbunden sind, dass sich der Flansch (10) des Turbinenzuströmgehäuses (4), durch den sich die Befestigungseinrichtungen (11) erstrecken, in Radialrichtung gesehen mit axialem Abstand bis in den Erstreckungsbereich des Turbinenrotors (6) erstreckt.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen Turbolader.

[0002] Ein Turbolader verfügt über eine Turbine sowie einen Verdichter. Die Turbine des Turboladers dient der Entspannung eines ersten Mediums, insbesondere der Entspannung von Abgas, wobei bei der Entspannung des ersten Mediums Energie gewonnen wird. Der Verdichter des Turboladers dient der Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung der bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnenen Energie. Die Turbine des Turboladers verfügt über ein Turbinengehäuse und einen Turbinenrotor, wobei das Turbinengehäuse ein Turbinenzuströmgehäuse und ein Einsatzstück umfasst. Der Verdichter des Turboladers verfügt über ein Verdichtergehäuse sowie einen Verdichterrotor. Der Turbinenrotor der Turbine sowie der Verdichterrotor des Verdichters sind über eine Welle miteinander gekoppelt, die in einem Lagergehäuse drehbar gelagert ist. Das Lagergehäuse ist mit dem Turbinengehäuse und mit dem Verdichtergehäuse verbunden.

[0003] Bei aus der Praxis bekannten Turboladern ist das Lagergehäuse mit dem Turbinenzuströmgehäuse des Turbinengehäuses über eine Spannpratzenverbindung verbunden. Die Spannpratzenverbindung umfasst dabei mindestens eine Spannpratze und eine oder mehrere Befestigungsschrauben, wobei die Spannpratze aneinander angrenzende Abschnitte von Lagergehäuse und Turbinenzuströmgehäuse überdeckt, und wobei sich die Befestigungsschraube(n) durch die Spannpratze(n) hindurch in den entsprechenden Abschnitt des Turbinenzuströmgehäuses hinein erstrecken und hierbei das Turbinenzuströmgehäuse und das Lagergehäuse miteinander verklemmen. Derjenige Abschnitt des Turbinenzuströmgehäuses, in den sich die Befestigungsschrauben der Spannpratzenverbindung hinein erstrecken, ist dabei in Radialrichtung gesehen radial außerhalb eines Erstreckungsbereichs des Turbinenrotors auf einem relativ großen Radius positioniert.

[0004] Bei aus der Praxis bekannten Turboladern ist die Spannpratzenverbindung erheblichen Belastungen ausgesetzt. So sind diejenigen Abschnitte von Lagergehäuse und Turbinenzuströmgehäuse, im Bereich derer die Spannpratzenverbindung positioniert ist, unterschiedlichen thermischen Belastungen ausgesetzt, wodurch eine Relativbewegung zwischen den Bauteilen verursacht wird, die zu einem Versagen der Spannpratzenverbindung führen kann.

[0005] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Turbolader zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Turbolader nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind das Turbinenzuströmgehäuse und das Lagergehäuse an aneinander angrenzenden Flanschen derart über Befestigungseinrichtungen miteinander verbunden dass sich der Flansch des Turbinenzuströmgehäuses, durch den sich die Befestigungseinrichtungen erstrecken, in Radialrichtung gesehen mit axialem Abstand bis in den Erstreckungsbereich des Turbinenrotors erstreckt.

[0006] Bei dem erfindungsgemäßen Turbolader ist der Verbindungsbereich zwischen Turbinenzuströmgehäuse und Lagergehäuse gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Turboladern nach radial innen auf einen kleineren Radius bzw. Durchmesser verlagert, nämlich derart, dass der Flansch des Turbinenzuströmgehäuses, durch den sich vorzugsweise als Befestigungsschrauben ausgebildete Befestigungseinrichtungen erstrecken, in Radialrichtung gesehen bis in den Erstreckungsbereich des Turbinenrotors hinein erstreckt, und zwar mit axialem Abstand zum Turbinenrotor. Hierdurch werden Spannungen in den verbundenen Bauteilen reduziert. Ferner sind die Abschnitte, in welchen die Befestigungseinrichtungen positioniert sind, ähnlichen thermischen Belastungen ausgesetzt. Insgesamt kann hierdurch die Verbindung von Turbinenzuströmgehäuse und Lagergehäuse verbessert werden.

[0007] Nach einer Weiterbildung der Erfindung überdeckt der Turbinenrotor, vorzugsweise überdecken Laufschaufeln desselben, den Flansch des Turbinenzuströmgehäuses, durch den sich die Befestigungseinrichtungen erstrecken, sowie die Befestigungseinrichtungen zumindest abschnittsweise. Dies ist für eine sichere Verbindung von Turbinenzuströmgehäuse und Lagergehäuse besonders bevorzugt. Unerwünschte Spannungen im Bereich der miteinander zu verbindenden Bauteile sowie der Befestigungseinrichtungen werden so klein wie möglich gehalten. Dies sorgt für eine sichere Verbindung von Turbinenzuströmgehäuse und Lagergehäuse.

[0008] Vorzugsweise erstrecken sich die Befestigungseinrichtungen ausgehend vom Flansch des Turbinenzuströmgehäuses in den Flansch des Lagergehäuses hinein. Dies ermöglicht eine gute Montierbarkeit der Verbindung von Turbinenzuströmgehäuse und Lagergehäuse.

[0009] Vorzugsweise ist in Axialrichtung von der Turbine aus in Richtung auf das Lagergehäuse gesehen der Flansch des Turbinenzuströmgehäuses, durch den sich die Befestigungseinrichtungen erstrecken, hinter dem Turbinenrotor und vor dem Flansch des Lagergehäuses, in den sich die Befestigungseinrichtungen erstrecken, angeordnet. Auch diese Merkmale dienen der sicheren Verbindung von Turbinenzuströmgehäuse und Lagergehäuse unter Minimierung unerwünschter Spannungen in den miteinander zu verbindenden Baugruppen.

[0010] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1: einen ausschnittsweisen Querschnitt in Axialrichtung durch einen erfindungsgemäßen Turbolader im Bereich einer Turbine und eines Lagergehäuses.

[0011] Die Erfindung betrifft einen Turbolader. Ein Turbolader verfügt über eine Turbine zur Entspannung eines ersten Mediums, insbesondere zur Entspannung von Abgas einer Brennkraftmaschine. Ferner verfügt ein Turbolader über einen Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums, insbesondere von Ladeluft, und zwar unter Nutzung von in der Turbine bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie. Die Turbine verfügt dabei über ein Turbinengehäuse und einen Turbinenrotor. Der Verdichter verfügt über ein Verdichtergehäuse und einen Verdichterrotor. Der Verdichterrotor ist mit dem Turbinenrotor über eine Welle gekoppelt, die in einem Lagergehäuse gelagert ist, wobei das Lagergehäuse zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse positioniert und sowohl mit dem Turbinengehäuse und dem Verdichtergehäuse verbunden ist. Dieser grundsätzliche Aufbau eines Turboladers ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig.

[0012] Fig. 1 zeigt einen schematisierten, ausschnittsweisen Querschnitt durch einen Turbolader im Bereich einer als Radialturbine ausgeführten Turbine 1 sowie eines Lagergehäuses 2. Von der Turbine 1 sind ein Turbinengehäuse 3 sowie ein Turbinenrotor 6 gezeigt. Das Turbinengehäuse 3 umfasst zumindest ein Turbinenzuströmgehäuse 4, über welches zu entspannendes Medium dem Turbinenrotor 6 zugeführt werden kann, sowie ein Einsatzstück 5, über welches entspanntes Medium vom Turbinenrotor 6 abgeführt werden kann. Turbinenrotor 6 trägt Laufschaufeln 8.

[0013] Der Turbinenrotor 6 ist über eine Welle 7 mit einem nicht gezeigten Verdichterrotor eines Verdichters gekoppelt, wobei die Welle 7 im Lagergehäuse 2 gelagert ist. Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun Details zur Verbindung von Lagergehäuse 2 und Turbinenzuströmgehäuse 4, die eine sichere Verbindung von Turbinenzuströmgehäuse 4 und Lagergehäuse 2 unter Minimierung bzw. Vermeidung unerwünschter Spannungen in den miteinander zu verbindenden Bauteilen gewährleisten.

[0014] Wie Fig. 1 entnommen werden kann, sind das Turbinenzuströmgehäuse 4 und das Lagergehäuse 2 an einander angrenzenden Flanschen 9, 10 über Befestigungseinrichtungen 11, die vorzugsweise als Befestigungsschrauben ausgeführt sind, miteinander verbunden. Der Flansch 10 des Turbinenzuströmgehäuses 4, durch den sich die Befestigungseinrichtungen 11 erstrecken, erstreckt sich dabei in Radialrichtung gesehen mit axialem Abstand zum Turbinenrotor 6 bis in den radialen Erstreckungsbereich des Turbinenrotors 6 hinein, sodass demnach die Befestigungseinrichtungen 11 gegenüber aus der Praxis bekannten Turboladern auf einem relativ kleinen Radius und damit Durchmesser positioniert sind. Hierdurch werden Spannungen in den miteinander verbundenen Bauteilen minimiert. Im Bereich der Befestigungseinrichtungen 11 sind Turbinenzuströmgehäuse 4 und Lagergehäuse 2 annähernd gleichen thermischen Belastungen ausgesetzt. Unerwünschte Relativbewegungen zwischen Turbinenzuströmgehäuse 4 und Lagergehäuse 2 werden minimiert. Insgesamt sinkt das Risiko des Versagens der Verbindung zwischen Turbinenzuströmgehäuse 4 und Lagergehäuse 2.

[0015] Der Turbinenrotor 6 überdeckt in der Projektion den Flansch 10 des Turbinenzuströmgehäuses 4, durch den sich die Befestigungseinrichtungen 11 erstrecken, zumindest abschnittsweise, insbesondere überdeckt der Turbinenrotor 6 die Befestigungseinrichtungen 11 zumindest abschnittsweise. Fig. 1 kann entnommen werden, dass die Laufschaufeln 8 des Turbinenrotors 6 die Befestigungseinrichtungen 11 sowie den Flansch 10 des Turbinenzuströmgehäuses 4, durch den sich dieselben hindurch erstrecken, in der Projektion zumindest abschnittsweise überdecken bzw. überlappen. Die obige Überdeckung ist dabei in Radialrichtung gesehen ausgeführt, und zwar mit axialem Abstand. In Axialrichtung von der Turbine 1 aus in Richtung auf das Lagergehäuse 2 gesehen, ist der Flansch 10 des Turbinenzuströmgehäuses 4, durch den sich die Befestigungseinrichtungen 11 erstrecken, hinter den Laufschaufeln 8 des Turbinenrotors 6 und vor dem Flansch 9 des Lagergehäuses 2, in denen sich die Befestigungseinrichtungen 11 hinein erstrecken, angeordnet.

[0016] Die Befestigungseinrichtungen 11, die als Befestigungsschrauben ausgeführt sind, erstrecken sich demnach ausgehend vom Flansch 10 des Turbinenzuströmgehäuses 4 in den Flansch 9 des Lagergehäuses 2 hinein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Turboladers sind Befestigungseinrichtungen 11 gegenüber Befestigungseinrichtungen von aus der Praxis bekannten Spannpratzenverbindungen zwischen Turbinenzuströmgehäuse und Lagergehäuse in Axialrichtung gesehen um in etwa 180° gedreht.

[0017] Mit der Erfindung kann eine besonders sichere Verbindung des Turbinenzuströmgehäuses 4 einer vorzugsweise als Radialturbine ausgeführten Turbine und des Lagergehäuses 2 eines Turboladers bereitgestellt werden.

[0018] Im Sinne dieser Erfindung sind unter Radialturbinen auch sogenannte Mixed Flow Turbinen zu verstehen, bei denen das Gas zwar in radialer Richtung, aber nicht nur exakt senkrecht zur Welle 7, sondern unter einem Winkel zur Welle 7 einströmt.

[0019] Thermisch bedingte Spannungen im Bereich der Verbindung zwischen Turbinenzuströmgehäuse 4 und Lagergehäuse 2 werden auf ein Minimum reduziert, ebenso wie unerwünschte Relativbewegungen zwischen den miteinander zu verbindenden Baugruppen.

Bezugszeichenliste

[0020] 1 Turbine 2 Lagergehäuse 3 Turbinengehäuse 4 Turbinenzuströmgehäuse 5 Einsatzstück 6 Turbinenrotor 7 Welle 8 Laufschaufel 9 Flansch 10 Flansch 11 Befestigungseinrichtung

Claims

1. Turbolader, mit einer Turbine (1) zur Entspannung eines ersten Mediums, mit einem Verdichter zur Verdichtung eines zweiten Mediums unter Nutzung von in der Turbine bei der Entspannung des ersten Mediums gewonnener Energie, wobei die Turbine (1) ein Turbinengehäuse (3) mit einem Turbinenzuströmgehäuse (4) und einen Turbinenrotor (6) aufweist, wobei der Verdichter ein Verdichtergehäuse und einen mit dem Turbinenrotor (6) über eine Welle (7) gekoppelten Verdichterrotor aufweist, wobei das Turbinengehäuse (3) und das Verdichtergehäuse jeweils mit einem zwischen denselben angeordneten Lagergehäuse (2), in welchem die Welle (7) gelagert ist, verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,dass das Turbinenzuströmgehäuse (4) und das Lagergehäuse (2) an aneinander angrenzenden Flanschen (9, 10) derart über Befestigungseinrichtungen (11) miteinander verbunden sind, dass sich der Flansch (10) des Turbinenzuströmgehäuses (4), durch den sich die Befestigungseinrichtungen (11) erstrecken, in Radialrichtung gesehen mit axialem Abstand zum Turbinenrotor (6) bis in den Erstreckungsbereich des Turbinenrotors (6) erstreckt.

2. Turbolader nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dassLaufschaufeln (8) des Turbinenrotors (6) den Flansch (10) des Turbinenzuströmgehäuses (4), durch den sich die Befestigungseinrichtungen (11) erstrecken, mit axialem Abstand zumindest abschnittsweise in Radialrichtung überdecken.

3. Turbolader nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet,dassder Turbinenrotor (6) die Befestigungseinrichtungen (11) mit axialem Abstand zumindest abschnittsweise in Radialrichtung überdeckt.

4. Turbolader nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet,dassdie Laufschaufeln (8) des Turbinenrotors (6) die Befestigungseinrichtungen (11) mit axialem Abstand zumindest abschnittsweise in Radialrichtung überdecken.

5. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet,dasssich die Befestigungseinrichtungen (11) ausgehend vom Flansch (10) des Turbinenzuströmgehäuses (4) in den Flansch (9) des Lagergehäuses (2) hinein erstrecken.

6. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet,dassin Axialrichtung von der Turbine (1) aus in Richtung auf das Lagergehäuse (2) gesehen der Flansch (10) des Turbinenzuströmgehäuses (4), durch den sich die Befestigungseinrichtungen (11) erstrecken, hinter dem Turbinenrotor (6) und vor dem Flansch (9) des Lagergehäuses (2), in den sich die Befestigungseinrichtungen (11) erstrecken, angeordnet ist.

7. Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet,dassdie Turbine eine Radialturbine ist.