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Die
Erfindung betrifft einen Abgasturbolader nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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Bei
herkömmlichen,
nicht aufgeladenen Brennkraftmaschinen wird beim Ansaugen von Luft ein
Unterdruck im Ansaugtrakt erzeugt, der mit wachsender Drehzahl des
Motors ansteigt und die theoretisch erreichbare Leistung des Motors
begrenzt. Eine Möglichkeit,
dem entgegenzuwirken und damit eine Leistungssteigerung zu erzielen,
ist die Verwendung eines Abgasturboladers (ATL). Ein Abgasturbolader oder
kurz Turbolader ist ein Aufladesystem für eine Brennkraftmaschine,
mittels dem die Zylinder der Brennkraftmaschine mit einem erhöhten Ladedruck beaufschlagt
werden.
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Der
detaillierte Aufbau und die Funktionsweise ist allgemein bekannt
und beispielsweise beschrieben in der Druckschrift: ”Aufladung
von PKW DI Ottomotoren mit Abgasturboladern mit variabler Turbinengeometrie”, Sep.
2006, Peter Schmalzl und wird daher nachfolgend nur kurz erläutert. Ein
Turbolader besteht aus einer Abgasturbine im Abgasstrom (Abströmpfad),
die über
eine gemeinsame Welle mit einem Verdichter im Ansaugtrakt (Anströmpfad) verbunden
ist. Die Turbine wird vom Abgasstrom des Motors in Rotation versetzt
und treibt so den Verdichter an. Der Verdichter erhöht den Druck
im Ansaugtrakt des Motors, sodass durch diese Verdichtung während des
Ansaugtaktes eine größere Menge
Luft in die Zylinder der Brennkraftmaschine gelangt als bei einem
herkömmlichen
Saugmotor. Damit steht mehr Sauerstoff zur Verbrennung zur Verfügung. Durch
den ansteigenden Mitteldruck des Motors werden das Drehmoment und
die Leistungsabgabe merklich erhöht.
Das Zuführen
einer größeren Menge an
Frischluft verbunden mit dem einlassseitigen Verdichtungsprozess
nennt man Aufladen. Da die Energie für die Aufladung von der Turbine
den schnell strömenden,
sehr heißen
Abgasen entnommen wird, erhöht
sich der Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine.
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An
die ATLs werden hohe Anforderungen gestellt. Dies sind vor allem
die hohen Abgastemperaturen von bis über 1000°C und den je nach Drehzahlbereich
völlig
unterschiedlichen Gasmengen und die dadurch bedingten hohen maximalen
Drehzahlen bis zu 300.000 Umdrehungen je Minute. Um den Einsatzbereich
des Turboladers und das Ansprechverhalten zu verbessern werden u.
a. mehrflutige Einlasskanäle
wie beispielsweise das eines Doppelstromgehäuses oder auch das eines Zwillingsstromgehäuses verwendet.
Eine derartige radiale Turbinenform ist beispielsweise aus der Druckschrift: ”Aufladung
von PKW DI Ottomotoren mit Abgasturboladern mit variabler Turbinengeometrie”, Sep.
2006, von Peter Schmalzt bekannt. Bei der offenbarten radialen Turbine
wird eine variable Turbinengeometrie (VTG) beispielsweise in Form
von verstellbaren Leitschaufeln verwendet. Dabei sind die drehbaren
Leitschaufeln konzentrisch gleichmäßig beabstandet um das Turbinenrad
angeordnet. Nachteil einer derartigen Konstruktion ist, dass diese
einen hohen konstruktiven Aufwand erfordert und die Zuverlässigkeit der
Turbine verringert. Des Weiteren kommt es je nach Stellung der Leitschaufeln
zu erheblichen Leistungsverlusten in der Turbine.
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Ferner
wird bei einem Turbolader mit fester Turbinengeometrie, insbesondere
um das Ansprechverhalten im unteren Drehzahlbereich zu verbessern und
ein so genanntes ”Turboloch” möglichst
zu unterdrücken,
der Kanalquerschnitt des Turbineneinlasses relativ klein gewählt. Dies
führt dazu,
dass, um die hohen Abgasströmen
im oberen Drehzahlbereich bewältigen
zu können,
ein Bypass (wastegate) geöffnet werden
muss. Hierdurch kann sich der sich der Gesamtwirkungsgrad der Turbine
verringern.
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Aus
der
DE 100 41 806
A1 ist ein Turbolader mit einer Motoraufwärmfunktion
und mit der Fähigkeit des
Steuerns des Aufla dens bekannt. Der Turbolader umfasst ein Schaltventil
zwischen einem Abgaseinlassanschluss und einem inneren und äußeren Spiralabschnitt
eines Turbinengehäuses
aufweist. Der Turbolader fördert
eine Aufwärmfunktion
durch Schließen
des Schaltventils, das die Strömung
des Abgases zu einem Turbinenrotor hin blockiert und den Abgasdruck
des Motors erhöht
und folglich die Motorlast erhöht.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile
zu verringern.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch einen Turbolader mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Die
der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht darin,
im Abströmpfad
einer Brennkraftmaschine, das heißt auf der Turbinenseite eines
wenigstens zweiflutigen Turboladers, eine Vorrichtung bereitzustellen,
mit der ein ankommende Gasstrom zwischen dem ersten und wenigstens zweiten
Einlasskanal verteilt wird. Auf diese Weise ist es möglich, je
nach Drehzahl der Brennkraftmaschine, den Gasstrom vorwiegend auf
den ersten, den zweiten oder auf beide oder auf weitere Einlasskanäle zu leiten.
Da die Einlasskanäle
im Allgemeinen spiralförmig
um das Turbinerad angeordnet sind, lässt sich auch bei einer vergleichsweise
geringen Gasmenge, insbesondere wenn vorwiegend nur ein Einlasskanal
mit Gas beaufschlagt wird, genügend
kinetische Energie aus dem Abgas auf das Turbinenrad übertragen
und damit den Wirkungsgrad im unteren Drehzahlbereich der Turbine
steigern. Damit lässt sich
der Bereich des Auftretens eines Turbolochs verringern. In hohen
Drehzahlbereichen und bei hohen Gasströmen lassen sich beide Einlasskanäle mit Gas
beaufschlagen. Bei entsprechender Dimensionierung der Einlasskanäle, wobei
insbesondere die lichte Weite des ersten Einlasskanals von der lichten Weite
des zweiten Einlasskanals abweichen kann und vorzugsweise geringer
ist, haben Untersuchungen der Anmelderin gezeigt, dass sich auch
im oberen Drehzahlbereich der gesamte Gasstrom über die Turbine leiten lässt. Ein
Vorteil ist, dass sich somit im Abströmpfad ein Bypass (wastegate)
vermeiden lässt
und der Gesamtwirkungsgrad der Turbine erhöht wird. Ein weiterer Vorteil
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es, dass die an unterschiedliche Drehzahlen angepasste Gaszuführung ohne
bewegliche Leitschaufeln erreicht wird und sich die Zuverlässigkeit
der Turbine erhöht.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen.
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In
einer typischen Ausgestaltung des Turboladers ist die Gasstromzuführung für das Turbinenrad als
Zwillingsstromzuführung
oder als Doppelstromzuführung
ausgebildet. Ein Vorteil ist, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch bei Einlasskanalanordnungen verwendbar ist, bei denen sich
der Gasstrom auf mehr als zwei Einlasskanäle aufteilen lässt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Gasmengenverteilvorrichtung
zusätzlich
eine aktiv steuerbare Vorrichtung, welche insbesondere als Aktuatorvorrichtung
ausgebildet, wobei in einer weiteren Ausgestaltung die Aktuatorvorrichtung
am Eingang des wenigstens zweiflutigen Einlasskanals angeordnet
ist.
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In
einer alternativen Ausgestaltung ist die Aktuatorvorrichtung an
der Stirnseite eines Mittelstegs zwischen dem ersten Einlasskanal
und dem zweiten Einlasskanal angeordnet.
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Die
Gasmengenverteilvorrichtung ist als eine passive Vorrichtung ausgebildet,
die wenigstens eine Strömungsbarriere
umfasst. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Strömungsbarriere
unmittelbar vor dem Beginn des wenigstens zweikanaligen Einlassbereichs
angeordnet. Und in einer anderen Ausgestaltung weist die Strömungsbarriere,
die eine Höhe
Z besitzt, einen Abstand x zum Mittelsteg auf.
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In
einer typischen Ausführungsform
ist der erste Einlasskanal mit dem zweiten Einlasskanal durch eine
Vielzahl von Öffnungen
verbunden. In einer weiteren Ausgestaltung ist wenigstens eine der Öffnungen
als Durchlass zwischen zwei als Gasleitschaufeln ausgebildeten Stegen
ausgebildet. In einer anderen typischen Ausgestaltung weisen die
Gasleitschaufeln im Querschnitt ein tragflächenartiges Profil auf, um
ein Teil des im zweiten Einlasskanal fließenden Gasstroms in den ersten
Kanal zu leiten.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Hand der in den Figuren der Zeichnungen
angegebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen dabei:
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1a einen
Aufriss eines Doppelstromturboladers mit einem erfindungsgemäßen Einlasskanal;
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1b einen
Aufriss eines Zwillingsstromturboladers mit einem erfindungsgemäßen Einlasskanal;
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2 eine
schematische Draufsicht auf ein Doppelstromturbinengehäuse mit
Einlasskanälen und
einer aktiven Gasmengenverteilvorrichtung gemäß einer Ausführungsform,
welche nicht von dem Schutzumfang der Ansprüche umfasst ist, aber Merkmale
der Erfindung enthält;
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3 eine
schematische Draufsicht auf das Doppelstromturbinengehäuse mit
einer passiven Gasmengenverteilvorrichtung;
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4 eine
schematische Draufsicht auf das Doppelstromturbinengehäuse mit
einer aktiven und passiven Gasmengenverteilvorrichtung;
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5a eine
schematische Darstellung einer Doppelstromturbine gemäß dem Stand
der Technik;
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5b eine
schematische Darstellung einer Zwillingsstrom turbine gemäß dem Stand
der Technik;
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In
den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, Merkmale
und Größen – sofern nichts
Abweichendes angegeben ist – mit
denselben Bezugszeichen versehen.
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1a zeigt
einen Aufriss eines Doppelstromabgasturboladers 102 mit
einer erfindungsgemäßen Turbine 118 und
einem Verdichter 116. Innerhalb eines Turbinengehäuses 106 der
Turbine 118 ist ein Turbinenrad 108 drehbar gelagert
und mit einem Ende einer Welle 110 verbunden. Innerhalb
des Verdichtergehäuses 100 des
Verdichters 116 ist eine Verdichterrad 104 ebenfalls
drehbar gelagert und mit dem anderen Ende der Welle 110 verbunden. Über einen
Turbineneinlass 112 wird heißes Abgas von einem hier nicht
dargestellten Verbrennungsmotor in die Turbine 118 eingelassen,
wodurch das Turbinerad 118 in Drehung versetzt wird. Der
Abgasstrom verlässt
die Turbine 118 durch einen Turbinenauslass 114. Über die
Welle 110, die das Turbinerad 108 an das Verdichterrad 104 koppelt,
treibt die Turbine 118 den Verdichter 116 an.
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Ausgehend
von dem Turbineneinlass 112 teilt sich das Turbinengehäuse 106 in
einen ersten Einlasskanal 202 und einen zweiten Einlasskanal 204 auf.
Zwischen den beiden Einlasskanälen 202, 204 ist
ein horizontaler Mittelsteg 206 ausgebildet. Kurz nach
dem Turbineneinlass 112 wird über eine Gasmengenverteilvorrichtung 212 das
von der Brennkraftmaschine abströmende
Gasstrom auf die Einlasskanäle 202, 204 aufgeteilt.
Das Größenverhältnis der
lichten Weiten der Einlasskanäle 202, 204 und
die Lage des Mittelstegs 206 bestimmt sich aus dem Verhältnis der
beiden Abstände
y1/y2. Durch den Mittelsteg 206 wird der Abgasstrom turbineneingangsseitig
in zwei Teile unterteilt. Der Mittelsteg 206 weist nach
einer kurzen Wegstrecke Öffnungen 208 durch
die der Abgasstrom von dem Einlasskanal 204, der an der
von dem Turbinenrad 108 abgewandten Seite des ersten Einlasskanals 202 angeordnet
ist, zum ersten Einlasskanal 202 geleitet werden kann. Durch
die schneckenförmige
Anordnung der Einlasskanäle 202, 204 wird der
Gasstrom auf des Turbinenrad 108 geleitet. Innerhalb einer
Umdrehung nimmt die lichte Weite der beiden Einlasskanäle 202, 204 nahezu
auf Null ab.
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1b zeigt
einen Aufriss eines Zwillingsstromabgasturboladers 102 mit
einer anderen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Turbine 118. Ausgehend
von dem Turbineneinlass 112 teilt sich das Turbinengehäuse 106 in
einen ersten Einlasskanal 202 und einen zweiten Einlasskanal 204 auf.
Kurz nach dem Turbineneinlass 112 wird über eine Gasmengenverteilvorrichtung 212 das
von der Brennkraftmaschine abströmende
Gasstrom auf die Einlasskanäle 202, 204 aufgeteilt.
Zwischen den beiden Einlasskanälen 202, 204 ist
ein Mittelsteg 206 in vertikaler Richtung ausgebildet.
Das Größenverhältnis der
lichten Weiten der Einlasskanäle 202, 204 und die
Lage und Ausformung des Mittelstegs 206 bestimmt sich aus
dem Verhältnis
der beiden Abstände y1/y2.
Durch den vertikalen Mittelsteg 206 wird der Abgasstrom
turbineneingangsseitig in zwei Teile unterteilt. Der Mittelsteg 206 weist
vorzugsweise nach einer kurzen Wegstrecke ein oder mehrere Öffnungen 208 auf,
durch die der Abgasstrom von dem zweiten Einlasskanal 204 zum
ersten Einlasskanal 202 geleitet werden kann. Ebenfalls
ist es möglich der
Abgasstrom von dem ersten Einlasskanal 202 in den zweiten
Einlasskanal 204 zu leiten. Durch die schneckenförmige Anordnung
der Einlasskanäle 202, 204 wird
der Gasstrom auf des Turbinenrad 108 geleitet. Innerhalb
einer Umdrehung nimmt die lichte Weite der beiden Einlasskanäle 202, 204 nahezu
auf Null ab.
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5a zeigt
eine schematische Draufsicht einer Doppelstromturbine 119 gemäß dem Stand
der Technik. Das Turbinengehäuse 106 teilt
sich in den innenliegenden ersten Einlasskanal 202 und
in den außenliegenden
zweiten Einlasskanal 204. Beide Einlasskanäle 202, 204 sind
durch einen geschlossenen Mittelsteg 206 entlang ihrer
gesamten Erstreckung gegeneinander getrennt. Die lichte Weite des innenliegenden
ersten Einlasskanals 202 nimmt innerhalb eines ersten Halbkreises
im Uhrzeigersinn ausgehend von der Linie A zur Line A' hin fast voll ständig auf
Null ab. Entlang dieser Strecke bleibt die lichte Weite des zweiten
Einlasskanals 204 nahezu konstant. Nachfolgend nimmt im
Uhrzeigersinn ausgehend von der Linie A' hin zu Linie A die lichte Weite des
außenliegenden
zweiten Kanals 204 gleichfalls nahezu vollständig auf
Null ab.
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5b zeigt
eine schematische Draufsicht einer Zwillingsstromturbine 120 gemäß dem Stand der
Technik. Das Turbinengehäuse 106 teilt
sich in den ersten Einlasskanal 202 und in den zweiten
Einlasskanal 204. Beide Einlasskanäle 202, 204 sind durch
einen geschlossenen Mittelsteg 206 entlang ihrer gesamten
Erstreckung gegeneinander getrennt. Die lichte Weite der beiden
Einlasskanäle 202, 204 nimmt
entlang der auf das Turbinenrad 108 gerichteten Spirale
fast vollständig
auf Null ab.
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Die 2 zeigt
eine schematische Draufsicht auf das Turbinengehäuse 106 einer Doppelstromturbine
mit zwei Einlasskanälen 202, 204 gemäß einer
Ausführungsform,
welche nicht von dem Schutzumfang der Ansprüche umfasst ist, aber Merkmale
der Erfindung enthält.
Gegenüber
der Doppelstromturbine aus der 5 wickeln
sich beide Einlasskanäle 202, 204 mit
einer abnehmenden lichten Weite im Uhrzeigersinn spiralförmig um
das Turbinenrad 108. Der Gasstrom kurz nach dem Turbineneinlass 112 mittels
einer Gasmengenverteilvorrichtung 212 zwischen dem ersten
Einlasskanal 202 und dem zweiten Einlasskanal 204 verteilt.
Hierzu weist die Gasmengenverteilvorrichtung 212 einer
gesteuerten Aktuatorvorrichtung 216 mit einer Klappe 214 auf,
durch die sich einer der beiden Einlasskanäle 202, 204 verschließen lässt. Vorzugsweise
verbleibt in den niedrigen Drehzahlbereichen d. h. bei verhältnismäßig geringen
Gasmengenströme
der zweite Einlasskanal 204 verschlossen. Ferner lässt sich
in einem mittleren Drehzahlbereich den ersten Einlasskanal 202 verschließen. Im
hohen Drehzahlbereich d. h. bei hohen Gasmengenströmen befindet
sich die Klappe 214 in einer Mittelstellung, sodass beide
Einlasskanäle 202, 204 mit
Gas durchströmt
werden. Durch den Mittelsteg 206 am Turbineneinlass 112 wird
der Einlasskanal in den ersten Einlasskanal 202 und einen
zweiten Einlasskanal 204 unterteilt. Das Größenverhältnis der
Einlasskanäle 202, 204 und
die Lage des Mittelstegs 206 bestimmt sich aus dem Verhältnis der
beiden Abstände
y1/y2. Vorzugsweise geht der geschlossene Mittelsteg 206 ab
einer Linie B in eine Vielzahl von Öffnungen 208 und einzelnen feststehende
Gasleitschaufeln 210 unterteilte offene Struktur über. Das
Profil der einzelnen Gasleitschaufeln 210 ist derart ausgeformt,
dass Gas aus dem zweiten Einlasskanal 204 durch die Öffnungen 208 in den
ersten Einlasskanal 202 geleitet wird. Die einzelnen Gasleitschaufeln 210 weisen
dabei im Querschnitt vorzugsweise ein tragflächenflügelartiges Profil auf. Dabei
lässt sich
durch die Ausformung der Gasleitschaufeln 210 die Höhe der Einströmung von dem
zweiten Einlasskanal 204 in den ersten Einlasskanal 202 bestimmen.
Durch das tragflächenartige Profil
der Gasleitschaufeln 210 wird der heiße Gasstrom abgelenkt und strömt nahezu
mit dem Winkel des Endes der Gasleitschaufeln in den Kanal 202 ein. Mit
der Aufteilung des Gasstroms auf die Einlasskanäle 202, 204 und
der Winkelstellung der einzelnen Gasleitschaufeln 210 lässt sich
damit bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit
die Menge des Gases das von dem zweiten Einlasskanal 204 in
den ersten Einlasskanal 202 einströmt, bestimmen. Des Weiteren
wird durch die Impulserhaltung der Gasmoleküle die Größe der Einströmung in
Richtung der Turbinenachse beeinflusst.
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Ein
Vorteil der Vorrichtung ist es, dass durch die besondere Ausbildung
der Einlasskanäle
und der Gasmengenverteilvorrichtung die Größe des Einlasskanals ausreichend
auch für
große
Drehzahlbereiche dimensioniert werden kann, ohne dass bei kleinen Gasmengenströmen das
Ansprechverhalten der Turbine verschlechtert wird. Ein Bypass (wastegate) lässt sich
vermeiden. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Vielzahl von beweglichen
Gasleitschaufeln entfallen. Damit erhöht sich neben dem Gesamtwirkungsgrad
der Turbine auch die Zuverlässigkeit.
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3 zeigt
eine schematische Draufsicht auf eine Doppelstromturbine gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Kurz nach dem Turbineneinlass 112 wird der Gasstrom mittels einer passiven
Gasmengenverteilvorrichtung 212 zwischen dem ersten Einlasskanal 202 und
dem zweiten Einlasskanal 204 verteilt. Hierzu umfasst die
Gasmengenverteilvorrichtung 212 wenigstens eine Strömungsbarriere 218, 220,
die vorzugsweise an der Seite vor dem Einlasskanal 202 angeordnet
ist, und eine geschwindigkeitsabhängige bzw. drehzahlabhängige Verteilung
des Gasstroms zwischen den beiden Einlasskanälen 202, 204 bewirkt.
Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass es je nach Anzahl
und Größe der Einlasskanäle hinreichend
ist, mit nur einer Strömungsbarriere
den Gasstrom auf die Einlasskanäle
zu verteilen. Die Strömungsbarrieren 218, 220 weisen
eine Höhe
Z1 bzw. Z2 auf und sind mit einem Abstand X vor dem Mittelssteg 206 angeordnet.
Durch den Mittelsteg 206 am Turbineneinlass 112 wird
der Einlasskanal in den ersten Einlasskanal 202 und einen
zweiten Einlasskanal 204 geteilt. Das Größenverhältnis der
Einlasskanäle 202, 204 und
die Lage des Mittelstegs 206 bestimmt sich wiederum aus
dem Verhältnis
der beiden Abstände y1/Y2.
Die dadurch erreichte Aufteilung des Gasstromes ist in erster Näherung nicht
von der Geschwindigkeit des Gasstromes abhängig. Jedoch wird durch den
stark tragflächenflügelartigen
Querschnitt der Gasleitschaufeln 210 und deren relativ
großen
Anstellwinkel a der Gasstrom aus dem zweiten Einlasskanal in besonders
hohem Maße
in den ersten Einlasskanal geleitet. Hierdurch erfährt der
Gasstrom eine besonders hohe Geschwindigkeitskomponente in Richtung
der Turbinendrehachse. Verstärkt
wird dies durch die besonders große Abnahme der lichten Weite
der Einlasskanäle 202, 204 entlang
der spiralförmigen
Erstreckung. Damit wird das Turbinerad 108 auf einer kurzen
radialen Strecke mit dem gesamten Gasstrom beaufschlagt.
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Untersuchungen
der Anmelderin haben gezeigt, dass neben der geometrischen Form
der Barrieren und dem Abstand X, insbesondere die Höhen Z1 bzw.
Z2 zusammen mit dem Verhältnis
von y1 zu y2 einen wesentlichen Einfluss auf die strömungsabhängige Verteilung
des Gasflusses ausüben.
Es zeigte sich, dass bei geringen Gasströmgeschwindigkeiten sich an
den Strömungsbarrieren 220, 218 eine
Strömung
ausbildet, die keine Ablösung aufweist.
Damit wird die Aufteilung des Gasstroms im Wesentlichen durch das
Größenverhältnis der
beiden Abstände
y1 und y2 bewirkt. Bei höheren
Gasgeschwindigkeiten kommt es zu einer Ablösung des Flusses an den Kanten
der Strömungsbarrieren. Durch
die Höhen
Z1 und Z2 der Strömungsbarrieren 218, 220 lässt sich
eine unterschiedliche Beaufschlagung der beiden Einlasskanäle 202, 204 erzielen. Untersuchungen
der Anmelderin haben gezeigt, dass es je nach Dimensionierung der
Einlasskanäle und
des Verhältnisses
von y1/y2 eine einzige Strömungsbarriere 218 ausreicht,
um eine gewünschte Verteilung
des Gasstromes zu erzielen. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es, dass eine Verteilung des Gasstroms in Abhängigkeit
des Drehzahlbereiches ohne bewegliche Elemente gelingt. Hierdurch
wird in besonders vorteilhafter Weise die Zuverlässigkeit der Turbine in besonderem
Maße erhöht und das
Ansprechverhalten der Turbine im unteren Drehzahlbereich, bei der
vorzugsweise eine nicht ablösende
Strömung
gegeben ist, verbessert.
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4 zeigt
eine schematische Draufsicht einer Turbine gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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In
der dargestellten Ausführungsform
wird der Gasstrom kurz nach dem Turbineneinlass 112 mittels
einer Gasmengenverteilvorrichtung 212 die sowohl eine aktive
Verteilvorrichtung 214, 216, entsprechend der
in der 2 gezeigten Ausführungsform aufweist, als auch
eine passive Vorrichtung 218, 220, entsprechend
der in der 3 dargestellten Ausführungsform
umfasst, durchgeführt.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei der passiven Vorrichtung es
hinreichend sein kann, nur eine untere Strömungsbarriere 218 auszubilden.
Durch die Kombination von aktiver und passiver Gasmengenverteilvorrichtung 212 und
dem Verhältnis
der Abstände
Y1, Y2, die die Lage des Mittelsteges 206 und damit das Größenverhältnis von
Einlasskanal 202 und Einlasskanal 204 bestimmen,
ist es möglich
die Gasmenge je nach Drehzahlverhältnis wirkungsvoll zu verteilen. Hierdurch
lässt sich
der Einsatzbereich der Turbine weiter erhöhen.
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Untersuchungen
der Anmelderin haben gezeigt, dass sich der durch die vorgenannten
Ausführungsformen
die Zuverlässigkeit
und Wirkungsgrad der Turbine steigern lassen. Insbesondere können die
beweglichen Gasleitschaufeln um das Turbinenrad entfallen. Bei hohen
Drehzahlbereichen lässt
sich aufgrund der Möglichkeit
einer ausreichenden Dimensionierung der Einlasskanäle der gesamte
Gasstrom durch die Turbine leiten. Die Ausbildung eines wastegate
kann entfallen.
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Obwohl
in den vorstehenden Ausführungsbeispielen
die Gasmengenverteilvorrichtung vorzugsweise bei einer Doppelstromturbine
erläutert wird,
sei darauf hingewiesen, dass eine derartige Vorrichtung auch bei
einer Zwillingsstromturbine zur Verteilung des Gasstroms auf den
ersten oder zweiten Einlasskanal eingesetzt werden kann. Ferner lässt sich
durch Öffnungen
zwischen dem ersten und dem zweiten Einlasskanal auch bei einer
Zwillingsstromturbine ein Austausch des Gasstroms zwischen den Einlasskanälen durchführen.